Sergio Marinangeli commence sa carrière professionnelle en 2003 dans l'équipe Domina Vacanze. L'année suivante, il participe au Tour de France aux côtés de Mario Cipollini. Celui-ci abandonne rapidement. Marinangeli peut alors tenter sa chance au sprint et termine sixième et neuvième d'étapes.
Il remporte sa première victoire au Tour d'Autriche en 2005 avec la formation Naturino-Sapore di Mare. En et en , il est interdit de courir pendant 15 jours en raison d'un niveau d'hématocrite trop élevé[1].