En 1988, se convirtió en el bajista de una banda de hardcore neoyorquina Collapse. Collapse lanzó un demo y contribuyó con una canción en la compilación de casetes New Breed de 1988 lanzada por Freddy Alva de Wardance Records. En 1989, Sergio Vega reemplaza a Alan Peters (ex bajista de Agnostic Front) en la banda de hardcore neoyorquina Absolution. En 1990, Sergio Vega fue instrumental en la formación de la nueva banda de post-hardcore Quicksand; en ese momento Vega era un bajista prominente del género. Quicksand lanzó su primer álbum Slip, el 9 de febrero de 1993. El 28 de febrero de 1995, Quicksand lanzó su segundo álbum, Manic Compression. Más tarde ese año, Quicksand se disolvió, y Sergio Vega comenzó a pinchar por la ciudad de Nueva York y Japón. La banda se reunió brevemente en 1997 y realizó una gira con Deftones al año siguiente. Tras esta gira, la banda quiso componer una secuela de Manic Compression, aunque las tensiones entre sus compañeros provocaron su separación definitiva. En 1999, cuando el bajista de Deftones, Chi Cheng, no pudo actuar en el escenario durante una gira de Deftones debido a una cirugía en el dedo del pie, Vega lo sustituyó en el bajo.^[1]​

Además de su carrera con Quicksand y Deftones, Vega ha publicado material en solitario. Lanzó su primer EP en solitario, titulado The Ray Martin Sessions, a través del sello discográfico independiente grapeOS en el año 2000.^[2]​ El trabajo en solitario de Vega se asemejaba más al pop-rock melódico de The Beatles que a su trabajo más pesado, basado en el hardcore y el metal, en Quicksand y Deftones. El EP tuvo una excelente acogida por parte de la crítica musical, y el éxito de The Ray Martin Sessions le permitió a Vega realizar giras por Estados Unidos y el Reino Unido. Realizó giras con el exguitarrista de Orange 9mm/Helmet, Chris Traynor, la bajista y modelo Sibyl Buck y Charlie Walker (Split Lip) en la batería. La banda Champions of Sound se formó como una derivación del proyecto solista de Vega y produjo un EP de 7 pulgadas autoeditado, así como un álbum inédito, Champion Love, con la participación de numerosos exmiembros de la escena hardcore y post-hardcore neoyorquina.

El 4 de noviembre de 2008, el bajista de Deftones, Chi Cheng, resultó gravemente herido en un accidente automovilístico en Santa Clara, California, y entró en un estado de coma tras el accidente. Vega tocó en lugar de Chi en Bamboozle Left con Deftones y continuó sustituyéndolo mientras la condición de Cheng se mantuvo estable. Cuando ocurrió su accidente, Deftones acababa de terminar de escribir y grabar canciones para lo que sería su sexto álbum de estudio Eros, aunque decidieron aplazarlo indefinidamente. Esta decisión se debió a la condición de Cheng, y también fue una decisión creativa, ya que la banda declaró que no sentían que Eros "representara lo que eran actualmente como personas o como músicos". Deftones comenzó a escribir. Un nuevo álbum desde cero en junio de 2009 con Vega al bajo. El álbum titulado Diamond Eyes, se lanzó el 4 de mayo de 2010. En noviembre de 2012, el grupo lanzó su segundo álbum con Vega, Koi No Yokan. Según Chino Moreno, líder de Deftones, Vega contribuyó más a Koi No Yokan que a Diamond Eyes.^[3]​

En junio de 2012, Sergio y Quicksand se reunieron en secreto para tocar un set sorpresa en el concierto del 25.º aniversario de Revelation Records. A esta actuación le siguió una aparición en el Jimmy Fallon Show, así como dos conciertos con entradas agotadas en The Bowery Ballroom y The Music Hall de Williamsburg en agosto de 2012. Quicksand posteriormente encabezó el concierto de FYF en California. En enero de 2013, Quicksand emprendió su primera gira desde finales de los 90. Lanzaron su tercer álbum Interiors el 10 de noviembre de 2017. La banda lanzó su cuarto álbum de larga duración, Distant Populations, en 2021.

El 9 de marzo de 2022, Vega anunció en Instagram su salida de Deftones. En un video explicando su salida, citó una disputa contractual como motivo de su salida: "Nuestros representantes tuvieron una conversación para negociar un nuevo contrato y me ofrecieron el mismo trato... En ese momento, quedó claro que no tenía oportunidad de crecimiento. Así que rechacé la oferta. Llamé a los chicos inmediatamente para ver cuál era el problema y resolverlo, pero no obtuve respuesta. Un par de días después, recibí un correo electrónico de su abogado diciéndome que retiraban la oferta y que me deseaban lo mejor".^[4]​

• The Ray Martin Sessions (2000, Grape OS)^[5]​
• Fxxxxxk It (2014)
• Hotel Life (2014)

• Slip (1993)
• Manic Compression (1995)
• Interiors (2017)
• Distant Populations (2021)

• Diamond Eyes (2010)
• Koi No Yokan (2012)
• Gore (2016)
• Ohms (2020)