初出茅庐的他就展示了跳水的天赋，年仅13岁的段宇在2018年就获得了
全国跳水锦标赛男女混合双人10米台的冠军。并在同一年11月被
上海市运会赋予“未来之星”的称号，12月被国家体育总局竞体司授予“运动健将称号”的称号。随后代表中国参加世界各项跳水的体育赛事，并获得多项赛事的冠军，仅在2019年就夺得8枚
金牌。并在2022年7月搭档
任茜获得
布达佩斯游泳世锦赛混双10米台冠军。
段宇13岁时就已经成为国家跳水队队员，曾跟随国家跳水队参加“运动员
新春走基层，体坛健儿基层贺新春”的活动。在2018年的
除夕国家跳水队队员来到
东城区长青养老院，和老人们共度
春节，段宇还跟队员们一起带来了舞蹈《青春修炼手册》。2018年，在上海市运会跳水（青少年组）比赛中，段宇为
黄浦区获得了三枚金牌，成为跳水赛场的“三金王”，同年11月上海市运会赋予段宇“未来之星”称号。
2018年在6月18日，年仅13岁的段宇初入体坛，经过5日的激烈争夺在广东汕头举行的全国跳水冠军赛亚运会男子10米台选拔赛上，段宇获得第五名的成绩，里约奥运会冠军
陈艾森以250.25分位列第四。同年9月，在重庆奥体中心游泳跳水馆举行的全国跳水锦标赛中，历时7天的角逐，段宇搭档
陈芋汐夺得男女混合双人10米台冠军，这也是段宇夺得的第一个大赛冠军。
2018年11月，
国际游泳联合会跳水大奖赛第五站在
马来西亚吉隆坡举行，段宇首次代表中国队出战。在这次大奖赛中，段宇顶住压力，不仅夺得男子10米台冠军，而且还搭档
王泽蔚获得男双10米台的冠军，成为双冠王。在男子10米台的比赛中，段宇以430.45分获得预赛第一名，在
半决赛中段宇以420.15分获得小组第一，决赛他以437.45分夺冠。在男子双人10米跳台的比赛中，段宇王泽蔚组合以371.04分夺冠。最终段宇帮中国队摘得两枚
金牌。也正因为段宇取得的优异成绩，在2018年12月，国家体育总局竞体司授予段宇“运动健将称号”。
2019年也是段宇夺得金牌最多的一年，2019年4月，在重庆奥体中心游泳跳水馆举行的全国跳水冠军赛暨世锦赛跳水选拔赛（第二站）中，段宇/掌敏洁以329.82分摘得男女混合双人10米台冠军，段宇作为上海队的代表，为其争得仅有的一枚金牌。同年5月12日，在国际泳联跳水世界系列赛
喀山站中，段宇和掌敏洁稳定发挥，以超过第二名15分之多的成绩获得冠军，最终总分为339.42分。仅在7天之后，2019年5月19日，段宇/掌敏洁又在国际泳联跳水世界系列赛伦敦站继续稳定发挥以356.28分的成绩获得混双十米台冠军。9月6日，第8届跳水亚洲杯在
马来西亚吉隆坡举行，在9月6日-9月8日的比赛中，段宇不仅搭档王泽蔚在男子双人10米跳台的比赛中以402.81分获得冠军，而且还搭档掌敏洁以317.94分获得混合双人10米台的冠军，再次成为双冠王。11月17日，获得国际泳联跳水大奖赛吉隆坡站男子10米台冠军。仅在一周后，11月22日-24日，在2019年国际泳联世界跳水大奖赛第九站（
新加坡站）段宇分别以477.45分和414.48分夺得男子单人十米台和男子双人十米台双料冠军。
2022年6月9日，与奥运冠军
全红婵、
张家齐、
陈芋汐、
曹缘等一起入选2022年
国际游泳联合会第19届游泳世锦赛名单。7月在
布达佩斯游泳世锦赛上，段宇
任茜组合以领先亚军组合24.15分的优势，总分341.16分获得混双10米台冠军。这也是段宇和任茜的首次合作，赛前两人只磨合了两个月，赛后任茜表示两人还有提升空间，跟任茜搭档段宇也表示很荣幸，声称任茜就是自己的榜样。2023年3月25日在上海，段宇再次搭档
掌敏洁夺得
2023年全国跳水冠军赛混合全能冠军。同年11月23日，
全国跳水锦标赛男子个人全能决赛，经过11轮角逐，段宇737.00获得季军。2024年5月24日，全国跳水冠军赛混合双人10米跳台决赛，段宇/掌敏洁在最后一轮实现反超，最终摘取
金牌。