Sergueï Filatov participe aux Jeux olympiques d'été de 1956 à Stockholm et se classe onzième de l'épreuve individuelle de dressage sur son cheval Ingas; il fait partie de l'équipe soviétique de dressage terminant quatrième.
Après sa non-sélection dans l'équipe olympique soviétique pour les Jeux olympiques d'été de 1968, il met un terme à sa carrière sportive et devient entraîneur puis tient sa propre école d'équitation à Moscou.