En 1977 il intègre la classe de son père, Lakov Milstein, au Conservatoire Tchaikovsky.
Lauréat des Concours internationaux de piano tels que «Le Printemps de Prague», «Viotti» à Vercelli et le «Tournoi International de Musique» à Rome, il mène alors une carrière de soliste qui le conduit partout en Europe, aux États-Unis et au Japon (où il a exercé comme professeur invité de piano à Kobé College de 2003 à 2006).
On peut ainsi l’entendre entre autres aux Festivals Internationaux «Le Printemps de Prague», «L’Automne de Moravie», ainsi que à la Roque d’Anthéron ou à la Folle Journée de Nantes.
Depuis 2008 Serguei Milstein enseigne le piano au Conservatoire de Musique de Genève. Il donne régulièrement des masterclasses en France, en Italie et au Japon.