После окончания школы Сергей Серов два года проучился в Барнаульском институте культуры, а затем служил в армии при театре Советской Армии.
В 1981 году он окончил ГИТИС (курс А. Гончарова).
С 1982 по 2006 годы Серов работал в Российском академическом Молодежном театре, а с 1999 по 2006 годы - в театре АпПАРТе.
В кино Сергей Серов с 1986 года («Плюмбум, или Опасная игра»), но активно начал сниматься только с 2000 года, сыграв более 50-ти ролей в российских фильмах и сериалах: «Талисман любви», «Принцесса цирка», «Бешеная», «Обручальное кольцо», «Принцесса цирка» и др.
Жена - актриса Ирина Аугшкап.
Сын - актер Александр Серов-Останкинский.