Заслуженный мастер спорта (1990, снято в 1990 после побега), (1998).
Сергей Фёдоров — первый из россиян, удостоенный высшей персональной награды НХЛ «Харт Трофи» в 1994 году. Член знаменитой «русской пятёрки», созданной главным тренером «Детройт Ред Уингз» Скотти Боуменом в 1996 году.
26 июня 2009 года подписал контракт на 2 года с магнитогорским «Металлургом».
Начал свою карьеру в профессиональном хоккее в составе минского «Динамо» в Первой лиге советского хоккея. Через год стал игроком московского ЦСКА. С самого начала Сергей проявлял выдающуюся способность к игре в разных стилях и на разных позициях. В ЦСКА и сборной СССР наигрывался Виктором Тихоновым в звене с Павлом Буре и Александром Могильным, которое было призвано заменить знаменитую тройку КЛМ: Макаров — Ларионов — Крутов.
Ключевым моментом в карьере на тот момент восходящей звезды советского хоккея стал его побег из стана советской сборной, участвовавшей в Играх доброй воли — 1990 в Сиэтле. Фёдоров проинформировал команду «Детройт Ред Уингз» (менеджмент которой выбрал его на драфте 1989 года под номером 74), что он готов к побегу и сказал, что представители «Красных крыльев» должны подождать его после игры в фойе отеля. Фёдоров последним покинул автобус, на котором сборная приехала в отель, и в фойе увидел Джима Лайтса — вице-президента детройтского клуба. Фёдоров подошел к нему и сказал: «Здравствуйте, Джим. Пора идти». Он добился своего и продолжил карьеру за океаном.
Следующие 13 сезонов Федоров выступал за «Детройт». Он всегда был полезен команде — особенно в плей-офф, правда, ни одного «Конн Смайт Трофи» — награды лучшему игроку плей-офф — он так и не выиграл. Уже в сезоне 1993/1994 он выиграл «Лестер Пирсон Авард» как лучший игрок регулярного чемпионата по версии хоккеистов и «Фрэнк Селке Трофи» лучшему форварду оборонительного плана. Он финишировал вторым по набранным очкам после Уэйна Гретцки. В плей-офф 1995 года Федоров стал лучшим по очкам, но его «Крылья» уступили «Дьяволам» из Нью-Джерси в финале Кубка Стэнли.
26 декабря 1996 года в игре против «Вашингтон Кэпиталз» забил пять голов в одном матче, став всего восьмым таким игроком за 20 лет. В том же сезоне «Детройт» одержал первую победу в Кубке Стэнли после 40-летнего перерыва.
В следующем сезоне Федоров смог выйти на лед в НХЛ лишь в конце февраля из-за длительной борьбы за него между «Детройтом» и «Каролиной Харрикейнз». К этому моменту он уже сыграл на Олимпиаде в Нагано, где российская сборная в финале уступила чешской дружине с Яромиром Ягром и Домиником Гашеком. Польза от крупного контракта с «Крыльями» стала видна сразу — уже через несколько месяцев Федоров снова поднял над головой Кубок Стэнли. Он сделал это и в третий раз через четыре года, в сезоне 2001/2002.
В дальнейшем Сергей играл за «Анахайм Дакс», «Коламбус Блю Джекетс» и «Вашингтон Кэпиталз», но повторить такой успех уже не смог.
В настоящее время Фёдоров играет за магнитогорский «Металлург» в КХЛ.
Первый россиянин, набравший 1000 очков за карьеру в регулярных чемпионатах НХЛ. 1000-й балл Федоров заработал 14 февраля 2004 года в составе «Анахайм Майти Дакс», на 23-й минуте отдав голевую передачу Кейту Карни. Месяцем позже своё 1000-е очко заработал и Александр Могильный. 30 ноября 2005 года Фёдоров сыграл 1000-ю игру в регулярных чемпионатах НХЛ, став всего лишь 13-м европейцем, достигшим этого рубежа. 26 октября 2008 года Сергей Фёдоров стал самым результативным россиянином в истории регулярных чемпионатов НХЛ, побив снайперский рекорд Александра Могильного (473 шайбы) — во встрече против «Далласа» он забросил свою 474-ю и 475-ю шайбы.
Лидирует среди россиян по количеству очков, голов и передач в регулярных чемпионатах НХЛ за карьеру, а также по количеству очков, голов, передач, матчей, штрафных минут, голов в большинстве и меньшинстве в играх плей-офф за карьеру.
Абсолютный рекордсмен НХЛ по количеству очков в овертаймах — 27 (15 шайб и 12 передач). По количеству шайб в овертаймах (15) делит первое место в истории НХЛ с Матсом Сундином, Патриком Элиашем и Яромиром Ягром.
Занимает 46-е место в списке бомбардиров НХЛ всех врёмен в регулярных чемпионатах (1179 очков) и голеадоров (483 шайбы). Занимает 66-е место в истории НХЛ по количеству матчей в регулярных сезонах (1248). Делит с Джо Нуиндайком 7-е место в истории НХЛ по количеству победных шайб в регулярных сезонах (93).
Занимает 7-е место по количеству передач (124) и делит с Жаном Беливо 13-е место по набранным очкам (176) в играх плей-офф за всю историю НХЛ.
Один из 43 игроков НХЛ, кто смог забить пять голов за одну игру, и один из двух россиян с таким достижением.
29 ноября 2009 года в игре против нижегородского «Торпедо» набрал 1500-е очко за карьеру, что является рекордным результатом в истории отечественного хоккея.
По состоянию на 7 апреля 2011
* — звёздочкой отмечены сезоны завоевания Кубка Стэнли