Sergey Karmazhakov est un membre régulier de l'équipe nationale du Kazakhstan sur piste. En 2019, il devient champion d'Asie de poursuite individuelle chez les juniors (moins de 19 ans). L'année suivante, il intègre la formation continentale Lokosphinx, qui évolue sous licence russe. Il représente ensuite le Kazakhstan dans diverses manches de la Coupe des Nations en 2021.
En 2022, il est sacré champion du Kazakhstan de poursuite par équipes, aux côtés de plusieurs compatriotes. Il remporte également de nouveaux titres de champion national en 2023 et 2024, dans le scratch et l'américaine. Sur route, il se classe huitième de l'édition 2025 du Tour of Bostonliq, une course ouzbèke de l'UCI Asia Tour.