Ramos begon zijn carrière bij Sevilla, de club uit zijn geboorteregio. In 2004 maakte de centrale verdediger zijn debuut in het eerste elftal en al na twee jaar trok hij de aandacht van Real Madrid. In de zomer van 2005 werd de toen 19-jarige Ramos voor 27 miljoen euro overgenomen door De Koninklijke. Bij Real Madrid groeide hij uit tot de onbetwiste leider van de defensie. In 671 wedstrijden won hij elke prijs die er op clubniveau te behalen is. Zo werd hij vijf keer kampioen van Spanje, veroverde hij twee keer de Spaanse beker, vier keer de Spaanse supercup en won hij maar liefst vier keer de Champions League. Ook in het Spaanse nationale team kende Ramos veel succes. Hij werd in 2008 en 2012 Europees kampioen en in 2010 wereldkampioen. Met 180 interlands op zijn naam is hij bovendien de recordinternational van Spanje.
In de zomer van 2021 liep het contract van Ramos af. Hoewel de aanvoerder de mogelijkheid had om zijn contract met een jaar te verlengen, bleek het aanbod inmiddels van tafel te zijn. “Blijkbaar was er een deadline, maar dat was mij nooit verteld. Ik was verbaasd dat de aanbieding was verlopen,” zei een zichtbaar geëmotioneerde Ramos tijdens een ingelaste persconferentie. Hiermee kwam een einde aan zijn zestienjarige dienstverband bij Real Madrid. Paris Saint-Germain haalde de transfervrije verdediger binnen, waar hij twee jaar speelde. Vervolgens keerde Ramos terug naar Sevilla, maar ook daar bleef zijn verblijf van korte duur en vertrok hij na één seizoen alweer.
En zo zit de Spaanse recordinternational sinds deze zomer zonder club. Hoewel diverse media meldden dat Ramos aan het einde van de transferperiode een akkoord had bereikt met het Saoedische Al-Orobah, bleken die geruchten onjuist. De voormalig Real Madrid-verdediger is nog steeds clubloos, maar aan stoppen denkt hij voorlopig niet. In plaats van rustig van zijn pensioen te genieten, brengt de Spanjaard zijn tijd door in de sportschool. Daar werkt hij aan zijn conditie, voor het geval de juiste aanbieding nog op zijn pad komt.