А.Г. Сергеев - признанный специалист в области многомерного комплексного анализа и математической физики, автор более 90 научных работ, 3 научных монографий и 2 учебников, получивших известность в нашей стране и за рубежом.
Основные направления его исследований: комплексный анализ и комплексная геометрия трубчатых областей, матричные области голоморфности, бесконечномерные кэлеровы многообразия и гармонические отображения компактных римановых поверхностей в кэлеровы многообразия.
В последнее время А.Г.Сергеевым начата работа по исследованию универсального пространства Тейхмюллера, которое содержит классические пространства Тейхмюллера компактных римановых поверхностей конечного рода в качестве комплексных подмногообразий.
А.Г.Сергеев ведет большую научно-организационную работу. Он - заместитель директора МИАН по научной работе, заместитель главного редактора журнала "Известия РАН. Серия математическая", главный редактор «Трудов Московского математического общества» и серии «Современные проблемы математики», издаваемой МИАН. Член правления Московского математического общества. Руководитель нескольких грантов РФФИ.
А.Г.Сергеев - почетный доктор Хэнанского университета (Китай). Он неоднократно выступал с пленарными докладами на крупных международных и российских конференциях. Им прочитан целый ряд приглашенных лекционных курсов в известных университетах Великобритании, Германии, Китая и Японии.