Né à Sabadell, il rejoint les jeunes du club durant l’été 2005, en provenance du Jabac. Lors de cette même saison il joue avec les juniors A, remportant trois trophées importants, aux côtés de Bojan, Giovani, Jeffren et Marc Crosas.

Lors de la saison 2006-2007, Sergio Busquets continue avec les juniors et est un des éléments moteurs de l’entraineur Àlex Garcia. Lors de sa troisième saison avec le club en tant que milieu de terrain, il inscrit 7 buts en 26 matches.

La saison suivante Busquets joue avec le Barça B sous les ordres de Pep Guardiola. Il n’est titulaire que lors du douzième match, mais est tout de suite impressionnant. Il jouera 23 matches de plus, inscrivant deux buts. Il contribue largement à la remontée en deuxième division.

Il dispute la Coupe de Catalogne avec l’équipe première pendant les saisons 2007-2008 et 2008-2009, et il fait ses débuts en championnat le 13 septembre 2008 face au Racing Santander (1-1). Il est titulaire et joue l’intégralité du match. Le reste de la saison est aussi très bon pour Busquets, et il est grandement impliqué dans les nombreuses victoires du club lors de cette saison. Il est même titulaire lors des finales en Coupe du Roi et en C1. Il passe alors de la troisième division au titre en C1.

Lors de la saison 2009-2010 il s’impose comme un des meilleurs milieux de terrain du monde, et dispute, malgré la concurrence de Yaya Touré, 33 matches de Liga, 10 en C1 et 4 en Coupe du Roi. En 2010-2011 il confirme son niveau et remporte avec le club la Supercoupe d’Espagne, la Liga et la Ligue des Champions. À tout juste 22ans, Busquets a déjà accumulé de nombreux titres.

Depuis, Busquets est arrivé au chiffre impressionnant de plus de 300 matchs avec le FC Barcelone. Il a remporté de nombreux trophées avec le Club, avec notamment un triplé en 2014-15 avec la Liga, la Coupe du Roi et la Ligue des Champions.

Lors de la saison 2009/10, il devient un des meilleurs milieux du monde. Il enchaîne les trophées en club (4 Ligues des Champions et 8 Ligas) et devient le deuxième capitaine après le départ d'Iniesta. Avec Piqué, il est le 3ème joueur le plus titré de l'histoire du Club. 

Sa forme avec le Barça lui permet de débuter avec la sélection espagnole le 1er avril 2009 face à la Turquie (victoire 2-1). Il participe aussi à la Coupe des Confédérations en Afrique du Sud. 

Vicente Del Bosque lui fait entièrement confiance et il est indiscutable en sélection lors du mondial victorieux de l’équipe d’Espagne en 2010. Il remporte aussi l'Euro 2012 avec la Roja et atteint la finale de la Coupe des Confédérations au Brésil en 2013. Il dispute ensuite les Coupes du Monde 2014 et 2018 ainsi que l'Euro 2020.

Sergio Busquets est le fils de Carles Busquets, ancien gardien du FC Barcelona dans les années 90.