La carriera di Sérgio Nogueira inizia a livello giovanile col Minas, club di Belo Horizonte, sua città natale. Nella stagione 1999-00 diventa professionista, vestendo la maglia dell'Ulbra. Già dalla stagione successiva, però, ritorna al Minas, col quale intraprende un nuovo lungo sodalizio di ben dieci stagioni: vince per tre volte la Superliga in sette finali disputate, ricevendo diversi riconoscimenti individuali; si aggiudica inoltre per ben sei volte il Campionato Mineiro e partecipa ad altri campionati statali, nei quali il Minas rappresenta altri club, vincendo così un Campionato Gaúcho e due edizioni del Campionato Paulista.
Nel 2001 debutta nella nazionale brasiliana, classificandosi al secondo posto alla Grand Champions Cup; un anno dopo partecipa invece alla World League, dove veste per l'ultima volta la maglia della nazionale.
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