Valentin Aleksandroviç Serov 7 yanvar 1865-ci ildə Sankt-Peterburqda, bəstəkar Aleksandr Nikolayeviç Serov və Valentina Semyonovna Serovanın ailəsində anadan olmuşdu. Serov çox erkən 1871-ci ildə 6 yaşındaykən atasını itirir. Atasının ölümündən sonra anası təhsilini davam etdirmək üçün Münhenə gedir. Bir qədər sonra Serov da anasının yanına köçür. Onlar 1872 −1873-cü illərdə Münhendə yaşayırlar. Serovun anası gənc pianoçu, musiqi həvəskarı idi və uşağına az diqqət yetirirdi, lakin o, oğlunun qabiliyyətini erkən gördü və onu Karl Keppeninqin yanına rəsm dərsləri almaq üçün göndərdi. 1873-cü ildən Serov alman qrafiki Karl Keppeninqdən dərs almağa başladı. Serovun doqquz yaşı olanda heykəltaraş Mark Antokolski onun qabiliyyətini hiss edir və anasına oğlan üçün rus rəssamlarından birini müəllim tutmağı məsləhət görür.

1874-cü ildən Serov Parisdə daha sonra Moskvada Repindən dərs almağa və onunla bir yerdə işləməyə başlayır. Hətta , Repin qeyd edirdi, ki Serov işə o qədər aludə olurduku, ona ara-sıra işdən uzaqlaşmağı təklif edirdim.