Родился в бедной крестьянской семье. Вступил в орден братьев-миноритов в 1730 году, тогда же принял имя Хуниперо в честь святого Юнипера, одного из учеников Франциска Ассизского. Благодаря исключительным способностям преподавал философию ещё до того, как был посвящён в священники. Получил степень доктора в университете города Пальма-де-Майорка. В 1749 году, в возрасте 36 лет, отправляется в Новый Свет и сперва занимает кафедру философии в иезуитской школе в Мехико. В Новой Испании Хуниперо Серра развернул обширную проповедническую и миссионерскую деятельность. Он 9 лет прожил в области Сантьяго-Хальпан (ныне Хальпан-де-Серра в штате Керетаро) среди индейцев паме, перевёл на их язык катехизис и обучил их различным ремёслам. После возвращения в Мехико он приобрёл славу пламенного проповедника; призывая горожан к покаянию, он бил себя камнем в грудь, стоя на кафедре, обжигал себя горящим факелом или стегал себя бичом.
В 55 лет он становится главой миссий в Калифорнии, которые незадолго до этого перешли к францисканцам от иезуитов. Передвигаясь в основном верхом на муле, Хуниперо Серро путешествует по Верхней Калифорнии и основывает новые миссии, сперва Сан-Барнабе, около Монтерея, а затем ещё 21 по всему северу Новой Испании. В своей миссионерской деятельности Серра часто сталкивался с противодействием местных властей (особенно губернатора Педро Фахеса) и был вынужден обращаться за помощью к вице-королю Новой Испании, для чего отправился в Мексику.
После удовлетворения его жалобы и снятия Педро Фахеса с поста губернатора Серра предпринял ряд новых миссионерских экспедиций в Калифорнию. 15 декабря 1774 вице-король Антонио Мария де Букарели предложил Хуниперо Серре принять участие в экспедиции в центральную Калифорнию под командованием капитана Хуана Баутиста де Анса. В ходе этой экспедиции было заложено первое поселение на месте Сан-Франциско, названное так в честь св. Франциска Ассизского. В последние три года своей жизни Серра посетил почти все основанные при его участии миссии, разбросанные на расстоянии более 900 км (от Сан-Франциско до Сан-Диего), и совершил над крещёными им индейцами таинство конфирмации.
28 августа 1784 года Серра умер от укуса змеи в миссии во имя св. Карло Борромео (ныне в городе Кармель в Северной Калифорнии), бывшей его резиденцией. Похоронен там же.
25 сентября 1988 года папа Иоанн Павел II причислил Хуниперо Серра к лику блаженных, что в католической церкви является первым шагом к канонизации. Памятники Хуниперо Серра установлены в Кармеле, Гаване (где он останавливался во время пути в Мексику), на Майорке и в других местах.