На летних Олимпийских играх 2000 года в Сиднее Сергей выиграл золотую медаль, показав результат 2 м 35 см, увеличив свой личный рекорд 1998 года и опередив рекордсмена мира и олимпийского чемпиона кубинца Хавьера Сотомайора. До этого единственной наградой Клюгина на крупных международных соревнованиях была бронза на чемпионате Европы 1998 года в Будапеште.