Sérgio Machado alustas karjääri filminduses 1993. a, kui lavastas auhinnatud lühifilmi „Troca de Cabeças“. Pärast seda algas tema pikaajaline koostöö Walter Sallesega: ta töötas assistendina mitmete Sallese filmide juures nagu „Central Station“, „O Primeiro Dia“ ja „Behind the Sun“. 1999. a kaaslavastas Machado Globo Networki sarja „Night Shepherds“ ja oli Karim Aïnouzi auhinnafilmi „Madame Satã“ kaasstsenaristiks. Tema esimene mängufilmilavastus „Lower City“ esilinastus Cannes'i filmifestivalil ja võitis rohkelt auhindu kõikjal maailmas. Praegu töötab Machado koos Walter Sallesega animeeritud mängufilmi „Noah's Ark“ kallal: see Vinicius de Morae' lasteluuletustel põhinev teos esilinastub 2023. a.