Ο Σέρχιο Πένια γεννήθηκε στις 28 Σεπτεμβρίου 1995 στη Λίμα του Περού. Ξεκίνησε τη σταδιοδρομία του στις ακαδημίες της Αλιάνζα Λίμα, όπου έκανε το επαγγελματικό του ντεμπούτο το 2012 σε ηλικία 16 ετών. Συγκέντρωσε 22 συμμετοχές και τρεις ασίστ με την Αλιάνζα πριν μετακομίσει στην Ισπανία το 2013 για λογαριασμό της Γρανάδα.

Στη Γρανάδα, ο Πένια αγωνίστηκε αρχικά με την δεύτερη ομάδα, καταγράφοντας 38 συμμετοχές και πέντε γκολ, ενώ με την πρώτη ομάδα στη LaLiga, συμμετείχε σε 19 αγώνες, σημειώνοντας μία φορά το δρόμο προς τα δίχτυα και παρέχοντας τρεις ασίστ. Κατά την παρουσία του στην Ισπανία, δανείστηκε ξανά στην Αλιάνζα και στη συνέχεια στην Ουνιβερσιδάδ Σαν Μαρτίν για τη σεζόν 2016-17.

Το 2018, επέστρεψε στην Ευρώπη με δανεισμό στην Τοντέλα στην Πορτογαλία, συμμετέχοντας σε 38 παιχνίδια με ένα γκολ και πέντε ασίστ. Μία χρονιά αργότερα, μεταγράφηκε στην Έμμεν Ολλανδίας, όπου σταθεροποιήθηκε ως βασικός μέσος, με 60 συμμετοχές, 11 γκολ και 6 ασίστ.

Το 2021 υπέγραψε με τη Μάλμε, ως ένα ισχυρό μέλος της ομάδας, συνοδεύτηκε από 119 συμμετοχές, πέντε γκολ και οκτώ ασίστ, συμβάλλοντας σημαντικά στην κατάκτηση τριών πρωταθλημάτων (2021, 2023, 2024) και δύο Κυπέλλων Σουηδίας (2022, 2024).

Στην εθνική ομάδα του Περού, είναι από το 2017 με 47 συμμετοχές και τέσσερα γκολ.