12 февраля 2010 года Каналес подписал контракт с «Реалом», который вступил в силу 1 июля 2010 года. Серхио обошёлся «сливочным» в 5 миллионов евро. Перед сезоном 2011/12 перешёл в «Валенсию» на правах годичной аренды. Перед сезоном 2012/2013 был выкуплен «Валенсией» за 7,5 миллионов. 31 января 2014 года перешёл в «Реал Сосьедад». Игрок заключил контракт с клубом из Сан-Себастьяна до июня 2018 года. 3 июля 2018 года на правах свободного агента перешел в «Бетис». В марте 2019 года, дебютировал в сборной Испании.