Nativo di Palermo, fu eletto nel 687, alla morte di Conone. L'arcidiacono Pasquale, suo competitore, gli fece subire una lunga persecuzione da parte dell'esarca di Ravenna. Giovanni Platys, che l'obbligò a rimanere lontana dalla sua Chiesa per quasi sette anni. Rifiutò questo papa di approvare i canoni del concilio tenuto a Costantinopoli nel 692, relativi alla concessione del matrimonio ai preti. Irritato per questo, Giustiniano II, volle farlo condurre prigioniero a Costantinopoli, ma il popolo romano lo difese e scacciò l'inviato di quell'imperatore. Si hanno di Sergio I una lettera ed alcuni decreti. Morì l'8 settembre 701.