Sérgio Barrenechea, forma, com sua esposa, a pianista Lúcia Barrenechea, o Duo Barrenechea, desenvolvendo um intenso trabalho camerístico com a formação flauta e piano. Em 2019, o Duo comemora seus 30 anos de atuação musical. O Duo Barrenechea foi contemplado com o Prêmio Circuito FUNARTE de Música Clássica, realizando turnê por 10 cidades brasileiras. Realizou turnês nos EUA, em 2010 e 2012. Em 2012, o Duo Barrenechea realizou turnê europeia. Em 2016, o Duo Barrenechea se apresentou na Universidade de Artes Performáticas de Viena na Áustria, no XXXI Festival Internacional de Flautistas em Lima, Peru e na 44a Convenção Anual da National Flute Association em San Diego nos EUA. Em 2017, o Duo Barrenechea foi convidado a realizar concerto no Toronto Latin Flute Festival no Canadá.