Vid nitton års ålder fick Sergel fast lön på Kungliga slottsbyggnadsstaten, och två år senare erhöll han Ritareakademiens stora guldmedalj. År 1767 kunde han genom ett reseunderstöd på 3 000 daler silvermynt göra en studieresa till Paris, Rom och Neapel. Under ett år fördjupade han sig i de antika konstverken, ett år under vilket han själv inte producerade någonting. Skulpturer med inspiration från hans utlandsvistelse är bland andra Vattennymfen (hans första självständiga verk), Vilande Faun och Den döende Otryades. Ludvig XV av Frankrike beställde av honom skulpturen Amor och Psyke, men kungen dog medan verket bara var halvfärdigt. Det köptes då i stället av Gustav III, som alltmer hade börjat intressera sig för den lovande konstnären.
Arbete i Stockholm
Efter tolv år utomlands kallades han till Sverige av Gustav III. Något motvilligt reste han till Stockholm – han hade just valts in som medlem i den franska konstakademien – och utnämndes till kunglig bildhuggare. Han hade också erbjudits av Katarina II att bosätta sig i Ryssland, men tackat nej till anbudet. Amor och Psyke skulpterades nu färdigt. År 1780 blev han professor vid Konstakademien och 1782 riddare av Vasaorden. Trots de stora framgångarna och många amorösa äventyr var Sergel ibland melankolisk och brottades stundom med självmordsplaner.
Privatliv
En avgörande förändring i hans liv inträffade när han 1783 träffade värdshusflickan Anna-Rella Hellström. Hon blev hans älskarinna, och deras kärleksmöten skildrade han i flera humoristiska och starkt erotiska teckningar, men också i innerliga skildringar av familjelivet. Efter en resa med Gustav III flyttade Sergel och Anna Rella in i en ateljévåning i sedermera Sergelhuset i kvarteret Beridarebanan söder om Hötorget i Stockholm. Anna Rella födde fyra barn, av vilka två överlevde. Tiden med henne och barnen var den lyckligaste tiden i hans liv. Åren blev inte så många: hon dog redan 1796. Under de sista arton åren av sitt liv blev han såväl hovintendent som adlad. Hans grav finns på Adolf Fredriks kyrkogård i Stockholm.
Sergel : [Handteckningar i Nationalmuseum.] Red. : John Kruse. Teckningar i Nationalmuseum, utg. af Föreningen för grafisk konst ; [2]:1-2. Stockholm. 1909-1912. Libris3046463
Ett bref från J.T.Sergel till J.N.Byström dateradt Stockholm d. 26 mars 1811 : [Meddeladt af G.G. = Georg Göthe.]. Stockholm. 1914. Libris3046462
Teckningar : ett urval reproduktioner i färgfaksimil, tontryck och svarttryck / förord av Erik Wettergren ; inledning av Oscar Antonsson ; beskrivande katalog av Gunnar Jungmarker ; i bildurvalet har även deltagit Ragnar Hoppe. Ur Nationalmusei handteckningssamling. Utg.: John Kroon ; 4. Malmö: Malmö ljustrycksanst. 1945. Libris1421275
Johan Tobias Sergel 1740-1814 : september 1969. katalog 28. Stockholm: Galerie Aronowitsch. 1969. Libris10247151
Drawings of Johan Tobias Sergel / [ed. by] Per Bjurström ; catalog by Ulf Cederlöf. Chicago visual library. Chicago. 1979. Libris4719210. ISBN 0-226-69420-8
Skulpturer och teckningar : Sculptures and drawings = Skulpturen und Zeichnungen. Niloe-biblioteket. Konstserien, 99-0177955-3 ; 5. Uddevalla: Niloe. 1980. Libris7602671. ISBN 9171020810
Johan Tobias Sergel : tegninger : Nasjonalgalleriet, kobberstikk- og håndtegningsamlingen, 2. oktober - 28. november 1993 / [utstilling og katalog: Knut Berg ...]. Oslo: Nasjonalgalleriet. 1993. Libris7696074. ISBN 82-90744-26-9
Sergel och hans romerska krets : europeiska terrakottor 1760-1814. Nationalmusei utställningskatalog, 0585-3222 ; 636. Stockholm: Nationalmuseum. 2004. Libris9496637. ISBN 91-7100-702-4
Josephson, Ragnar (1956). Sergels fantasi. Stockholm. Libris1325324
Looström, Ludvig (1914). Johan Tobias Sergel : en gustaviansk tidsbild. Stockholm: Cederquists grafiska. Libris633532
Marttila, Esa K. (2006). Till monumentens försvar : en studie i Sergels konst. Studier i konsthistoria, 1104-442X ; 28. Umeå: Institutionen för konstvetenskap, Umeå universitet. Libris11224647. ISBN 91-7264-129-0