Родился 5 декабря 1924 года в Москве, в семье юриста. Отец — Серов Виктор Васильевич (1893—1937). Мать — Серова Мария Пантелеймоновна (1898—1988). Супруга — Мягкова Людмила Петровна (1929 г. рожд.). Дочери: Серова Ирина Викторовна (1952 г. рожд.), Серова Елена Викторовна (1958 г. рожд.).

Отец В.В. Серова был арестован в 1937 году и, как стало известно спустя многие годы, расстрелян как «враг народа» (посмертно реабилитирован в 1956 г.). Виктор Серов стал сыном «врага народа», что в значительной мере повлияло на его судьбу, однако не помешало пройти путь его поколения. Когда началась Великая Отечественная война, старшеклассником он вступил в армию. Солдатом участвовал в обороне Москвы, офицером-артиллеристом воевал в Польше, Германии, Чехословакии, штурмовал Берлин, освобождал Прагу.

После демобилизации в 1947 году В.В. Серов поступил в 1-й Московский медицинский институт имени И.М. Сеченова. С 3-го курса стал заниматься в кружке на кафедре патологической анатомии, где выполнил первую свою научную работу «Маски хронически текущего первичного туберкулеза». В 1953 году с отличием окончил институт и остался в аспирантуре на кафедре патологической анатомии.

Защитив кандидатскую диссертацию, работал ассистентом (1956—1960), затем доцентом (1960—1963) кафедры. После защиты докторской диссертации в 1963 году Виктор Викторович избран профессором кафедры патологической анатомии, в 1972 году — заведующим кафедрой.

За 20 лет, в течение которых В.В. Серов возглавлял кафедру, все направления ее работы: научная, педагогическая, прозекторская деятельность — не только сохранили свою прежнюю направленность, но и были приближены к интересам клиники. Главенствующим началом работы кафедры стала клиническая морфология. Усилилась интеграция с клиническими кафедрами 1-го Московского медицинского института имени И.М. Сеченова, институтами АМН СССР. Возможности научной деятельности кафедры возросли и в связи с появлением у В.В. Серова академической группы (в 1974 г. он избран членом-корреспондентом, в 1988 г. — действительным членом АМН СССР). Успешно развивалось международное сотрудничество кафедры с нефрологами ГДР и гепатологами ВНР. Возрос методический уровень работ, чему способствовало объединение кафедры с двумя научными лабораториями института — лабораторией клинической морфологии и лабораторией межклеточных взаимодействий.

Научная деятельность В.В. Серова обширна и многогранна. Исследования в области патологии почек проводились им совместно с клиницистами, прежде всего нефрологами кафедры терапии и профессиональных заболеваний (заведующий — академик АМН СССР Е.М. Тареев) и кафедры урологии (заведующий — профессор Ю.А. Пытель) 1-го ММИ имени И.М. Сеченова; Научно-исследовательского института трансплантологии и искусственных органов (заведующий нефрологическим отделением — профессор М.Я. Ратнер); Клиники внутренних болезней (директор — профессор X. Клинкман); Университета имени В. Пика в Ростоке (ГДР). На основании этих исследований впервые обоснованы закономерности патогенеза и морфогенеза нефропатий в зависимости от особенностей иммунопатологического процесса, определены иммуноморфологические и электронно-микроскопические маркеры нозологических форм, созданы клинико-морфологические классификации гломерулонефрита и тубулоинтерстициального нефрита, которые используются как в России, так и за рубежом. В.В. Серовым изучены клиническая морфология и морфогенез пиелонефрита, диабетической нефропатии, показано значение биопсии почек в их диагностике. Исследования по патологии почек легли в основу многих докторских и кандидатских диссертаций. Итогом этих исследований стали монографии «Морфологические основы иммунопатологии почек» В.В. Серова (1968); «Ренальные дисфункции» М.Я. Ратнер, В.В. Серова, Н.А. Томилиной (1977); «Иммунопатология почек» В.В. Серова, В.А. Варшавского, В.А. Куприяновой (1983; премия имени А.И. Абрикосова АМН СССР, 1988); а также «Почки и артериальная гипертензия» В.В. Серова, М.А. Пальцева (1993). За фундаментальные исследования проблемы гломерулонефрита патологи В.В. Серов, М.А. Пальцев, В.А. Варшавский, клиницисты-нефрологи Н.А. Мухин, И.Е. Тареева, М.Я. Ратнер, Л.В. Лысенко в 1991 году удостоены Государственной премии СССР.

В работах по клинической морфологии в гастроэнтерологии и гепатологии, которые проводились совместно с сотрудниками кафедр терапии 1-го Московского медицинского института имени И.М. Сеченова (ныне – Московская медицинская академия имени И.М. Сеченова), возглавляемыми академиками АМН СССР В.Х. Василенко и Е.М. Тареевым, а также сотрудниками Института патологии и экспериментального изучения рака (руководитель — профессор К. Лапиш) Медицинского университета имени И. Земмельвейса (ВНР), дана принципиально новая оценка морфо- и патогенеза заболеваний на основе изучения клеточной кооперации, определены этиологические маркеры вирусных, алкогольных и медикаментозных поражений печени, критерии их дифференциальной диагностики на биопсийном материале.

Итогом этих исследований стало советско-венгерское руководство «Морфологическая диагностика заболеваний печени» под редакцией В.В. Серова и К. Лапиша (1989). Сотрудниками кафедры и академической группы была доказана системность вирусных гепатитов (В, С, D), возможность их течения под маской ревматических, гематологических и неопластических заболеваний. Большой интерес представляет цикл работ, посвященных изучению висцерального алкоголизма: обосновано понятие «алкогольная болезнь», показаны морфологические особенности ее проявлений, выделены клинико-морфологические формы болезни, изучены свойства алкогольного гиалина — одного из маркеров алкогольных поражений и т. д. В области сердечно-сосудистой патологии В.В. Серовым изучены варианты ультраструктурных и функциональных изменений миокарда, что позволило выявить общие закономерности развития деструктивных и компенсаторно-приспособительных процессов в сердечной мышце. Результаты исследований нашли отражение в монографии «Вопросы морфологии и патогенеза инфаркта» (1959). Исследованы механизмы гиалиноза сосудов и свойства гиалина при гипертонической болезни, системных заболеваниях соединительной ткани и сахарном диабете. Дана клинико-морфологическая характеристика современного септического эндокардита, изучена структура тромбоэмболических осложнений.

В сфере научных интересов В.В. Серова — исследование ревматических болезней. Они касались системной красной волчанки, синдрома и болезни Шегрена, изменений зубочелюстной системы при различных формах ревматических заболеваний. Детализирован морфогенез прогрессирующей дезорганизации соединительной ткани с иммунными нарушениями.

Важное место в научных исследованиях коллектива кафедры, возглавляемой В.В. Серовым, занимала онкологическая тематика. Исследования были посвящены раннему дифференциальному диагнозу, пато- и морфогенезу, прогнозу, а также классификации гемобластозов и рака различной локализации — желудка, легких, молочной железы, почки. Отправным пунктом этих исследований явилась монография В.В. Серова «Клиническая морфология и прогноз рака желудка» (1970). Для решения вопросов гисто- и морфогенеза рака различной локализации использованы методы молекулярной биологии. Показано значение количественного гисто- и цитохимического определения оксиредуктаз, ДНК, онкогенов и рецепторов в установлении степени дифференцировки и злокачественности рака, в определении его гистологической формы и гистогенеза. Доказана роль тяжелой дисплазии эпителия в развитии рака желудка на фоне развивающихся в нем предопухолевых процессов (хроническая язва), а также роль склеротических изменений легких (зажившие туберкулезные очаги) и почек в морфогенезе рака этих органов. Обоснованы клинико-морфологические критерии прогноза рака различной локализации.

Особое положение в научных исследованиях В.В. Серова занимает проблема амилоидоза, которая разрабатывалась совместно с сотрудниками клиники академика Е.М. Тареева и академической группы В.В. Серова. Разносторонние клинико-экспериментальные исследования амилоида и амилоидоза позволили получить принципиально новые данные о пато- и морфогенезе амилоидоза, клинико-морфологическом своеобразии его форм, обосновать критерии диагностики, классификации и прогноза, наметить перспективы лечения амилоидоза. Им введены понятия «амилоидобласт» и «амилоидопласт», принятые современной медициной.

В 1977 году вышла монография В.В. Серова и И.А. Шамова «Амилоидоз». В 1983 году группе ученых-клиницистов и патологов (Е.М. Тареев, В.В. Серов, О.М. Виноградова, Н.А. Мухин, В.В. Сура, В.С. Рукосуев) за исследование проблемы амилоидоза была присуждена Государственная премия СССР.

Значительное место в научной работе ученого занимают вопросы общей патологии. В 1975 году В.В. Серовым и В.С. Пауковым создано руководство по патологии клетки «Ультраструктурная патология», показывающее связь функциональных нарушений с определенными структурами клетки и утверждающее важное методологическое положение о единстве структуры и функции. В.В. Серовым предложена оригинальная, получившая признание концепция морфогенеза и систематизации дистрофических процессов. Большое теоретическое значение имела концепция о клетках соединительной ткани как короткодистантных регуляторах своего микроокружения. Сформулировано положение о регуляции функций и роста соединительной ткани на основе межклеточных, коллагеноклеточных и мезангиально-эпителиальных взаимоотношений. С позиций нарушения этих взаимоотношений дана принципиально новая оценка патологии соединительной ткани. Эти положения подытожены в монографии В.В. Серова и А.Б. Шехтера «Соединительная ткань» (1981).

В 1983 году В.В. Серовым совместно с А.Х. Коганом установлено свойство ишемизированной почечной ткани переходить из состояния атрофии к гипертрофии, что стало предметом открытия.

Новаторскими являются исследования В.В. Серова по патологии вилочковой железы, морфологии реакций гиперчувствительности, аутоиммунизации и классификации аутоиммунных болезней. Наиболее полно исследования по общепатологическим проблемам, разрабатываемым на кафедре, отражены в монографии В.В. Серова «Общепатологические подходы познания болезни» (1992), получившей премию РАМН имени А.И. Струкова (1997), в руководстве «Общая патология человека» (1982, 1990) под редакцией А.И. Струкова, В.В. Серова, Д.С. Саркисова. Первому изданию этого руководства присуждена премия имени И.В. Давыдовского АМН СССР.

В 1980-е годы в течение трех лет был создан комплекс учебных пособий по патологической анатомии: учебник «Патологическая анатомия» А.И. Струкова, В.В. Серова (2-е издание, 1985), атлас «Патологическая анатомия» В.В. Серова, Н.Е. Ярыгина, В.С. Паукова (1986), «Руководство к практическим занятиям по патологической анатомии» В.В. Серова, Т.Н. Дрозд, В.А. Варшавского, К.О. Татевосянца (1987). В 1993 году вышло новое, в значительной степени переработанное и дополненное издание учебника А.И. Струкова, В.В. Серова. 1995 год отмечен вторым изданием этого нового учебника.

На протяжении многих лет В.В. Серов возглавлял Центральную проблемную комиссию по патологической анатомии Главного управления учебных заведений Минздрава СССР, систематически проводил всесоюзные конференции. Большое значение для специалистов-патологоанатомов имела серия обзоров по общей и частной патологической анатомии, издаваемая ВИНИТИ под руководством В.В. Серова с 1987 по 1990 год (8 томов).

С 1990 по 2003 год, передав заведование кафедрой профессору М.А. Пальцеву, В.В. Серов работал профессором-консультантом. Он — автор более 500 публикаций в отечественных и зарубежных изданиях, среди них, как уже упоминалось, монографии, руководства, учебники, атласы. Им создана научная школа, подготовлены 30 докторов и 60 кандидатов медицинских наук. Многие его ученики заведуют кафедрами, отделениями, лабораториями в различных институтах страны.

В 1974 году Виктора Викторовича избирают членом-корреспондентом, а в 1988 году — действительным членом АМН СССР. В.В. Серов — дважды лауреат Государственной премии СССР (1983, 1991), Заслуженный деятель науки РСФСР (1975), один из основателей Российской академии естественных наук (1990), лауреат премии РАЕН, заслуженный профессор ММА имени И.М. Сеченова. Долгое время В.В. Серов был единственным представителем России в Совете Европейского общества патологов. Он — почетный член Чехословацкого научно-медицинского общества имени Я. Пуркинье, обществ патологов Германии и Венгрии. В 2003 году отмечен медалью и дипломом Р. Вирхова Европейской ассоциацией естественных наук. Заместитель председателя Московского общества патологоанатомов, член президиума Российской ассоциации патологоанатомов, Международного союза ассоциаций патологоанатомов, член Международной академии патологии, член президиума Российских обществ нефрологов и гастроэнтерологов и правления Московского общества терапевтов. В течение многих лет являлся заместителем редактора отдела «Патологическая анатомия» в Большой медицинской энциклопедии, в журнале «Архив патологии» являлся заместителем главного редактора. Высокий международный авторитет В.В.Серова подтвержден его участием в международном движении «Врачи мира за предотвращение ядерной войны».

Награжден двумя орденами Отечественной войны, орденом Дружбы народов, медалями «За оборону Москвы», «За взятие Берлина», «За освобождение Праги».
Отдавая себя медицине, В.В. Серов любит и хорошо знает музыкальное наследие, особенно симфоническое и оперное. Автор книг: «То, что всегда со мной» (1996), «Это было недавно, это было давно» (1999), «Волшебный мир искусства» (2002).

Живет и работает в Москве.