В восемь лет дебютировала на сцене студии Малого театра в спектакле "Настанет время", сыграв роль мальчика по имени Давид – сына главной героини спектакля, которую играла ее мать. Через шесть лет она бросила школу и поступила в Центральный техникум театрального искусства. После выпуска играла в Ленкоме, Московском театре драмы под руководством Н.М. Горчакова, Малом академическом театре, также служила в Театре-студии киноактера и Моссовете. Заслуженная артистка РСФСР.

Дебютировала в кино в 1935 году ролью девушки Лизы в драме Абрама Роома «Строгий юноша». Через несколько лет Серова снялась в фильме "Девушка с характером" и моментально стала известной.