Familia
Hijo de Ángel Canales y Clara Madrazo.
Juega como centrocampista.
Su trayectoria comenzó en el Alevín B del Racing, perteneciendo desde entonces a la cantera de este. En la temporada 2008-2009 alterna partidos con el primer equipo y con el equipo filial.
Debutó con el Racing de Santander en el partido de Copa de la UEFA, el 18 de septiembre de 2008.
Su debut en Primera División fue contra el Osasuna, el 5 de octubre de 2008. Marcó sus dos primeros goles en primera contra el Espanyol, el 6 de diciembre de 2009.
Real Madrid
El 12 de febrero de 2010, se firmó un acuerdo por el que fue traspasado para la temporada 2010-2011 al Real Madrid.
Su estreno con este equipo fue el 4 de agosto de 2010, en un partido amistoso de pretemporada frente al América de México, iniciando como titular y anotando el primer gol para su equipo.
«Lo que me gusta es tener la pelota, tener el partido controlado a través del balón».
Real Betis Balompié
El 4 de julio de 2018, fichó por el Real Betis Balompié.
Durante la temporada 2020/21, anotó diez goles, su mejor marca hasta entonces.
En diciembre de 2021, amplió, por segunda vez, su contrato con el Betis hasta 2026.
En julio de 2023, se hizo público el anuncio de la incorporación de Sergio Canales al Club de Fútbol Monterrey, perteneciente a la Liga MX de México, en una transferencia valuada en 10 millones de dólares, más 5 millones adicionales en concepto de variables.