Первоначальное название Монастырского или Малого Монастырского переулка улица получила потому, что отходила от Болотной улицы (современной улицы Большакова), за которой находился Ново-Тихвинский женский монастырь. В 1920-х годах переулок стал называться 3-м Уктусским[1], так как шёл в направлении села Уктус, параллельно Уктусской дороге. Своё современное название улица получила в честь Валентина Александровича Серова (1865—1911) — выдающегося русского художника-портретиста[2].
Улица Серова идёт с севера на юг между улицами Московской (после Щорса — между Айвазовского) и Сурикова. Начинается от пересечения с улицей Большакова и заканчивается у Т-образного перекрёстка с улицей Островского[2][3]Шаблон:Sfn. Пересекается с улицами Фурманова, Фрунзе, Щорса, Циолковского, Авиационной и Златоустовским переулком. Справа на улицу выходит переулок Полярников. Протяжённость улицы составляет около 1900 метров. Ширина проезжей части в среднем около 7 м (по одной полосе в каждую сторону движения). На участке между улицами Большакова и Щорса движение одностороннее (в южном направлении).
Улица возникла в начале XIX века как маленький переулок, отходивший от Болотной улицы. Застройка переулка, получившего название Монастырского (или Малого Монастырского) началась в конце XIX века в южном направлении на протяжении примерно одного квартала, затем переулок выходил к лесу. В 1913 году в списке жителей переулка было шесть фамилий: Осинцев, Матвеев, Хоробрых, Дорофеев, Ветошев, Шиленов[1].
Улица была полностью застроена в конце 1940-х годов малоэтажными частными домами. Позднее на их месте на большем протяжении улицы были построены многоэтажные дома[1].
Движение наземного общественного транспорта по улице не осуществляется. Ближайшая к улице остановка общественного транспорта «Серова» находится на перекрёстке улиц Щорса и Серова:
В 700 м восточнее от перекрёстка улиц Серова-Щорса находится станция метро Шаблон:СтМ-Екб. В 700 м восточнее перекрёстка улиц Серова-Большакова находится законсервированная станция Шаблон:СтМ-Екб.
