Воспитанник баскетбольной школы саратовского «Автодора» (первый тренер — Любовь Полякова).
В профессиональном баскетболе Сергей Моня дебютировал в играх за Автодор. Затем он перешел в ЦСКА. Сергей Моня был выбран под двадцать четвертым номером на драфте НБА 2004 года «Портленд Трэйл Блэйзерс», в который перешел по окончании Чемпионата России по баскетболу 2004—2005. В 2006 году его обменяли в «Сакраменто Кингз». Сергей Моня выступал за «Динамо» с 2006 по 2010 годы. По окончании Чемпионата России по баскетболу 2009—2010 он подписал контракт с БК Химки.
Сергей Моня — чемпион Европы 2007 года. После чего он стал заслуженным мастером спорта России. Участвовал в Олимпийских играх в Пекине в 2008 году. На чемпионате Европы 2009 и чемпионате мира 2010 он был капитаном сборной России.