Insgesamt neun Medaillen gewann Sergei Ulegin bei Weltmeisterschaften. Seine erste Medaille sicherte er sich 1993 in Kopenhagen im Vierer-Kajak über 10.000 Meter. Im Vierer-Kajak wurde er ein Jahr darauf in Mexiko-Stadt sowohl über 200 Meter als auch über 500 Meter und 1000 Meter Weltmeister. 1995 wiederholte er in Duisburg diesen Erfolg auf der 500-Meter-Strecke, während er über 200 Meter im Vierer-Kajak den zweiten Platz belegte. Bei den Weltmeisterschaften 1997 in Dartmouth gewann er im Vierer-Kajak über 200 Meter seinen fünften und letzten Weltmeistertitel. Er sicherte sich 1998 in Szeged im Vierer-Kajak über 1000 Meter die Bronze- und im Zweier-Kajak über 200 Meter mit Anatoli Tischtschenko die Silbermedaille.