Sergio Castillo se formó como delantero en las categorías inferiores del Real Zaragoza. De su filial pasó al Huesca, donde una excelente temporada le valió su pase al Lleida, en la Segunda División. No acabó de cuajar, por lo que se marchó cedido al Balaguer, donde llamó la atención del Villarreal, que lo cedió al Vall de Uxó, club con el que tenía un acuerdo de colaboración. Otro excelente año le permitió firmar con el Gandía CF de César Ferrando, donde estuvo dos temporadas antes de ser fichado por el Mestalla.

Sergio llegó al filial del Valencia en el verano de 1999 para reforzar el ataque. Tenía 24 años y, pese a que sólo jugó 10 partidos en Segunda B, Héctor Cúper le hizo debutar con el primer equipo en el Trofeo Naranja contra el Parma. Jugó dos amistosos más, contra el Alavés y contra el Levante, pero al finalizar la temporada fue cedido al Palamós. A partir de ahí emprendió un largo viaje por diferentes clubes de Tercera División, pasando por el Orihuela, el Caravaca, el Águilas y el Onda de Castellón.