Además de las letras, la música también le encantaba, por lo que desarrolló la capacidad de musicalizar sus canciones, y así compuso su primera canción, "Cómo Te Extraño", en esta ocasión para su novia, quien se convertiría en su esposa.
En febrero de 1955 nació su gran éxito, "Las Clases del Cha Cha Cha", cuando en los estudios de los hermanos Márquez le pidieron que compusiera una canción especial para una gira muy importante que harían por los estados del norte del país… Apenas salió de ahí, mientras caminaba por la calle, le llegó la inspiración.
[cita requerida] En 1976 decidió formar un conjunto musical de música tropical, al que llamó Checo y su Agrupación, y más adelante formó otro, el Grupo Jelengue, nombre que surgió de un nuevo ritmo propuesto por él.
Muchas de las canciones de Sergio Marmolejo están contenidas en películas mexicanas, como "El Bip Bip", que interpretó Germán Valdés "Tin Tan" en la película "El Astronauta"; "Merecumbé el Meneito", que canta Lilia Prado en "Besos de Arena", y "Muñeca Alegre", interpretada por Amparito Arozamena en "Mi Desconocida Esposa", película en la que actuó Marga López.
Roberto Cantoral, rindió homenaje a socios con una trayectoria de 25 y 50 años, entre ellos, Sergio Marmolejo, por sus 50 años como compositor.