سرخیو راموس در محله کاماس سویل واقع در اندولوس بدنیا آمد و در سن کم به تیم جوانان سویا پیوست که شامل بازیکنانی مثل خسوس ناواس و آنتونیو پوئرتا بود. اولین بازی راموس در تیم اول سویا در لالیگا در تاریخ ۱ فوریه ۲۰۰۴ بود. در فصل ۲۰۰۵-۲۰۰۴ او ۳۱ بازی در این تیم در طی آن فصل انجام داد و به این تیم کمک کرد تا مقام ششم جدول را بدست بیاورد.

بعد از درخشش در سویا چند تیم بزرگ اروپایی برای خرید او پیش قدم شدند که در نهایت در تابستان ۲۰۰۵ رئال مادرید موفق شد او را با قیمت ۲۷ میلیون یورو به خدمت بگیرد که در آن زمان این مبلغ یک رکورد برای یک مدافع بحساب می امد. او تنها خرید اسپانیایی فلورنتینو پرز در اولین دوره ریاستش در رئال مادرید بود.

بعد از آمدن به رئال مادرید او شماره ۴ این تیم را بر تن کرد که تا قبل از آن بر تن فرناندو هیرو کاپیتان سابق این تیم بود. راموس اولین گل خود را با پیراهن رئال مادرید در سال ۲۰۰۵ در مرحله گروهی مقابل لیون به ثمر رساند. در اولین فصل حضورش در رئال مادرید او بعنوان مدافع میانی و بعضی اوقات بعنوان هافبک دفاعی در این تیم بازی میکرد که بعد از ورود کریستوف متزلدر و پپه او در پست اصلی خودش بعنوان مدافع راست به بازی گرفته شد. هرچند که گل زدن از وظایف اصلی یک مدافع به حساب نمیاد اما راموس موفق شد در طی ۴ فصل اول حضورش در این تیم حدود ۲۰ گل به ثمر برساند.

در فصل ۲۰۰۸-۲۰۰۷ فیفا سرخیو راموس را در تیم منتخب فصل قرار داد و درسال ۲۰۰۸ در تیم فصل اروپا از طرف یوفا قرار گرفت همچنین در همین سال او در رده ۲۱ نامزدهای بهترین بازیکن فصل اروپا از طرف یوفا قرار گرفت.

درحال حاضر او کاپیتان دوم رئال مادرید بعد از ایکر کاسیاس است.

در ۲۰ آپریل ۲۰۱۱ راموس موفق شد به همراه رئال مادریددر مقابل بارسلونا در استادیوم مستایا والنسیا به مقام قهرمانی کوپا دل ری برسد. بعد از این قهرمانی او به همراه دیگر بازیکنان این تیم به شهر مادرید بازگشتند که در حال جشن گرفتن بر روی اتوبوس این تیم جام قهرمانی از دست او افتاد و صدمه دید.