Сержио Мендес родился в бразильском городе Нитерой в феврале 1941 года в семье врача. Музыкальное образование он получил в местной консерватории, где обучался игре на пианино. С конца 1950-х годов он стал выступать в ночных клубах, где исполнял музыку в особенно популярном в те годы стиле босса-нова. Мендес часто выступал со многими джазовыми музыкантами, посещавшими Бразилию, а также и с местными мэтрами, среди которых был и Антониу Карлос Жобин, ставший для юного Мендеса наставником.
В начале 1960-х годов он сформировал музыкальный коллектив «Sexteto Bossa Rio», а в 1961 году была выпущена их первая пластинка под названием «Dance Moderno». Вскоре он организовал гастрольное турне по Соединённым Штатам и Европе, записав при этом пару альбомов вместе с джазовыми музыкантами Кэннонболом Эддерли и Херби Манном. В 1964 году Мендес переехал в США, где в совместном музыкальном коллективе под названием «Сержио Мендес и Brasil '65» записал два альбома на студиях «Capitol Records» и «Atlantic Records».
В середине 1960-х годов продажи пластинок Мендеса значительно ухудшились, и тогда он заменил в своём коллективе бразильскую вокалистку Ванду де Са на американскую певицу Лэни Холл. Вместе с ней в 1966 году Мендес выпустил на студии «A&M Records» альбом «Herb Alpert Presents», ставший платиновый во многом благодаря успеху сингла «Mas Que Nada», а также личной поддержке руководителя студии Герба Алперта.
В том же году в новообразованный музыкальный коллектив «Brasil '66» вошли сам Мендес (фортепиано), вокалисты Лэни Холл и Дженис Хансен, Боб Мэтьюс (бас-гитара), Джон Писано (гитара), Жосе Соарес (перкуссия) и Жоао Палма (ударные). С этим составом Сержио Мендес записал между 1966 и 1968 годом три альбома, в том числе хитовый «Look Around»[2].
После этого в группе произошли значительные изменения: Хансена заменила американская певица Карен Филипп, в состав вошли знаменитый бразильский барабанщик Дом Ум Ромау и перкуссионист Рубенс Бассини, новым басистом стал Себастьян Нето, а гитаристом Оскар Кастро-Невес. Этот состав стал более организованным в профессиональном плане, чем их предшественники. В начале 1970-х годов коллектив покинула Лэни Холл, которая занялась сольной карьерой, а вскоре вышла замуж за бывшего соратника Мендеса Герба Алперта[2].
Хотя ранние хиты Сержио Мендеса с «Brasil '66» (в первую очередь «Mas Que Nada») принесли ему большой успех, всё же настоящего признания и известности он достиг, исполнив на церемонии вручения премии «Оскар» в 1968 году песню «The Look Of Love», написанную Бёртом Бакараком и Хэлом Дэвидом. Мендес затем включил эту песню в свой альбом Look Around, где она стала крупным хитом и заняла четвёртую позицию в Top 10.[3] Выпущенный в том же году альбом «Fool on the Hill» также пользовался большим успехом, а два его сингла «Fool on the Hill» и «Scarborough Fair» тоже попали в чарты Топ 10 и Топ 20. В итоге 1968 год стал крупным прорывом Сержио Мендеса и «Brasil '66» в мире: он стал, возможно, крупнейшей бразильской звездой в мире, выступая на крупнейших концертных площадках. Мендес дал два концерта для президентов СШАЛиндона Джонсона и Ричарда Никсона[2], а в июне 1970 года «Brasil '66» выступила на Всемирной выставке в Осаке.
В середине 1970-х годов Мендес завершил свою карьеру в США, но по прежнему оставался очень популярным в Южной Америке и Японии. Его два альбома на «Bell Records» в 1973 и 1974 году, а также ряд новых пластинок на «Elektra Records», выпущенных после 1975 года, закрепили за ним статус крупнейшего исполнителя босса-нова в мире, а сотрудничество со многими известными мировыми музыкантами, как например Стиви Уандер, привнесли в его творчества новые музыкальные направления, в частности R&B, что было продемонстрирована в альбоме 1974 года «I Believe».
В 1983 году Мендес вернулся на студию «A&M Records», где вновь добился значительного успеха благодаря вышедшему в том же году альбому «Sérgio Mendes», и нескольким следующим его пластинкам, некоторое сингы из которых занимали успешные позиции в музыкальных чартах. Его песня «Never Gonna Let You Go», исполненная Джо Пиццуло и Лезой Миллер, повторила успех его хита «The Look Of Love», заняв 4 место в Billboard Hot 100.[3] В 1980-х годах он вновь сотрудничал с певицей Лэни Холл, с которой записал песню «No Place to Hide» для альбома «Brasil '86», а также выступил её продюсером во время записи песни «Never Say Never Again» для фильма «Никогда не говори «никогда»» (1983) в Джеймсе Бонде.
В 1992 году Мендес выпустил альбом «Brasileiro», принёсший ему премию «Грэмми». К тому же на конец 1990-х годов пришлась вторая волна популярности стиля лаунж, которая возродила интерес к альбомам Мендеса 1960-х годов.
Ещё одним крупным прорывом для Мендеса стал 2006 год, когда был выпущен альбом «Timeless», содержащий различный спектр музыкальных жанров от нео-соула до хип-хопа.[2] В записи альбома приняли участие многие популярные исполнители, в частности Джон Ледженд, Джастин Тимберлейк, will.i.am и коллектив The Black Eyed Peas. Вместе с последними Мендес записал кавер-версию песни «Mas Que Nada», где вокалисткой также была и его жена Грасина Лепорасе. Сингл стал очень популярным во многих странах, заняв успешные позиции в музыкальных чартах по всему миру. Его альбом «Encanto» (2008) также собрал в себе различные музыкальные направления и записан в сотрудничестве со многими современными музыкантами, среди которых Fergie, с которой Мендес сотрудничал несколькими годами ранее.