Auf der Bahn gewann Sergei Schilow bei der U23-Europameisterschaft 2010 die Goldmedaille in der Mannschaftsverfolgung und Bronze im Scratch. 2015 entschied er mit Alexander Serow, Dmitri Sokolow und Kirill Sweschnikow die Mannschaftsverfolgung beim Weltcup-Lauf in Cali für sich. Bei den UEC-Bahn-Europameisterschaften 2017 in Berlin belegte der russische Vierer mit Schilow, Sokolow, Alexander Jewtuschenko und Mamyr Stasch Platz drei. 2020 wurde er russischer Meister im Straßenrennen, im Einzelzeitfahren wurde er Vize-Meister.