Fils d’un médecin, il vient étudier la médecine à Paris, où il devient interne en 1808 et obtient le titre de docteur en 1810.

Après un poste à l’Hôtel Dieu, il est nommé chef des travaux anatomiques de l’amphithéâtre central (1814), puis médecin en chef de l’hôpital de la Pitié en 1822 et professeur d’anatomie comparée au Muséum en 1839. Agrégé de l’Académie de Médecine, le Dr Serres devient membre de l’Académie des Sciences. Ses travaux portent sur l’anatomie et la physiologie du cerveau ainsi que sur les maladies du cerveau et de la moelle épinière, mais surtout sur les lois de l’organisation animale.

Il a publié de nombreux mémoires et articles dans les Comptes rendus de l’Académie des Sciences, les Archives générales de Médecine, et plusieurs livres : Des lois de l’ostéogénie (1815), Anatomie comparée du cerveau dans les quatre classes des animaux vertébrés (1824-1826), et des ouvrages d’anatomie traitant aussi des monstres: la Théorie des formations et déformations organiques (1832), le grand in-folio de planches, Recherches d’anatomie transcendante pathologique (1832) et l’épais traité d’Anatomie comparée transcendante, Principes d’embryologie, de zoogénie et de tératogénie comportant des planches à la fin du volume (1859). Il défend notamment la thèse du développement des animaux et de leurs organes à partir de la circonférence vers le centre et non du centre à la circonférence, ce que conteste Etienne Geoffroy Saint-Hilaire.