1-й космический полет выполнил с 19 октября 2016 года по 10 апреля 2017 года в составе экипажа МКС-49/50 в качестве командира корабля «Союз МС-02» и бортинженера МКС-49/50. Во время экспедиции С. Рыжиков провел десятки экспериментов из разных областей науки по российской научной программе (медицина, космическая биология, биотехнология, физико-химические процессы и др.). В ходе полета Сергей Рыжиков и Андрей Борисенко выполнили работу с российскими грузовыми кораблями, провели обслуживание бортовых систем Международной космической станции, бортовые фото-, видеосъемки, а также подготовили свой корабль «Союз МС-02» к возвращению с орбиты.
Продолжительность полета составила 173 суток.
С апреля 2020 года приступил к подготовке в составе основного экипажа МКС-64 в качестве командира ТПК «Союз МС-17» и командира МКС-64.
