Родился в Париже. В 1840 году закончил Политехническую школу.
1848: принят в Политехническую школу экзаменатором поступающих.
1856: преподаватель теоретической астрономии в Коллеж де Франс.
1860: избран в члены Парижской Академии наук.
1861: занял кафедру небесной механики в Коллеж де Франс.
1863: профессор на кафедре анализа в Сорбонне.
1871: в связи с ухудшением состояния здоровья вышел в отставку и переехал в Версаль.
1873: избран членом Бюро долгот (Bureau des Longitudes).
1885: скончался в Версале.
В честь учёного названа улица Rue Serret в Париже (15-й округ).
Наиболее важные достижения Серре относятся к дифференциальной геометрии. Совместно с Френе он открыл фундаментальные формулы Френе-Серре, лежащие в основе анализа пространственных кривых.
Другие работы Серре относятся к теории чисел, анализу и механике. Он участвовал в развитии работ Галуа. Кроме того, под его редакцией вышли 14-томник трудов Лагранжа, опубликованный в 1867—1892 годах, и сборник работ Монжа (1850).
Серре написал несколько учебников, получивших большое распространение во Франции и других странах, в том числе курсы высшей алгебры (Cours d’alg?bre sup?rieure), анализа (Cours de calcul differentiel et integral) и тригонометрии (Trait? de trigonom?trie). Его учебники выдержали несколько переизданий и были переведены на другие языки.