Před formulí 1

Motokáry

Sirotkin stejně jako většina jeho kolegů z branže začal svou závodní kariéru na motokárách, působil v několika mezinárodních sériích a postupně se vypracoval až do KF3 a KF2, kde působil až do roku 2010.

Formule Abarth

Když mu bylo 15 let, přesedlal na monoposty nově vzniklé série Formule Abarth. Hned ve svém prvním závodě skončil na bodovaném umístění, kterých v té sezóně stihl nasbírat celkem pět. Celkově to stačilo na osmnácté místo v šampionátu jezdců.
V této závodní sérii zůstal Sirotkin i pro rok 2011, ačkoliv byla rozdělena na dvě části – evropskou a italskou. V té první vyhrál ze čtrnácti závodů hned pět a desetkrát se umístil na stupních vítězů. To mu společně se 175 získanými mistrovskými body stačilo k zisku vítězství v celé sérii. V té italské byl o něco méně úspěšnější, za stejný počet závodů stihl vyhrát dvakrát a na stupně vítězů se podíval devětkrát, celkově skončil druhý.

Auto GP World Series

V roce 2012 se stal ruský závodník součástí šampionátu Auto GP World Series, hned ve svém prvním závodě na italské Monze se kvalifikoval do první řady, na Adriana Quaife-Hobbse, který startoval z pole position, ztratil pouhých 0,04 sekundy. Byť tento závod nedokončil, v těch dalších se mu již dařilo o poznání lépe, vyhrál dva a hned devětkrát se umístil na stupních vítězů, celkově z toho bylo třetí místo.

Formule 3

V roce 2012 sbíral zkušenosti také v šampionátu Formule 3, zaznamenal dvě vítězství na Hungaroringu a Monze, ve čtyřech dalších případech se umístil na stupních vítězů. Jako jedinému se mu podařilo bodovat ve 22 z 24 závodů a celkově skončil na pátém místě.

Formule Renault 3.5 Series

Sirotkin se debutu ve Formuli Renault dočkal na domácím okruhu Moskva Raceway. Svůj první závod skončil na dvanáctém místě, druhý nedokončil.
V závodí sérii Formule Renault 3.5 působil Sirotkin i celou sezónu 2013.

Formule 1

Sauber (nyní)

V červenci roku 2013 se ruský závodník i díky ruským investorům stal součástí týmu Sauber, kde měl být v průběhu některého z pátečních tréninků nasazen do závodního víkendu. Velmi nahlas se spekulovalo i o tom, že právě Sergey Sirotkin bude barvy týmu Sauber reprezentovat v roce 2014 jako závodní jezdec.