მისი უმთავრესი ისტორიული ნაშრომებია: „წერილები საქართველოს ისტორიიდან“ (წგ. 1-2, 1906-1908), „საქართველოს მე-18 საუკუნის სამხედრო ისტორიის მასალები“ (1927) და სხვ. გორგაძე ავტორია ქართული ვერსიფიკაციის პირველი სისტემური კურსისა („ქართული ლექსი“, 1930), რომელშიც განხილულია მახვილის, მეტრიკის, სტროფიკის, რითმისა და ლექსის კომპოზიციის საკითხები. გორგაძემ შეადგინა ქართული ლიტერატურის ქრესტომათიები: „ჩვენი ძველი მწერლობა და ხალხური პოეზია“ (1915), „ჩვენი ახალი მწერლობა“ (წგ. 1-2, 1917-1918) და სხვ. მანვე გამოსცა ბესიკის თხზულებანი (1912), ნემესიოს ემესელის „ბუნებისათვის კაცისა“ (1914), იაკობ ხუცესის (ცურტაველის) „შუშანიკის წამება“ (1917). საყურადღებოა გორგაძის გამოკვლევა „ქართული სადასიტყვაობა“ (1915), რომელიც ქართული წინადადების საკითხებს ეძღვნება. თავისი დროისათვის ძალზე საჭირო წიგნად იყო მიჩნეული აგრეთვე მისი „ქართული მართლწერა“ (1916).
სერგი გორგაძის პირადი არქივი ინახება ხელნაწერთა ეროვნულ ცენტრში, რომლის დიდი ნაწილიც ქეთევან და დავით აბესაძეებმა 2006 წელს შემოსწირეს.
