Лётчик-испытатель, Герой Советского Союза (1938), комбриг.Родился 20 марта 1910 в пос. Воронцовка, ныне пгт Краснотурьинского горсовета Свердловской области, в семье рабочего. Русский. Член КПСС с 1931. Образование среднее.
В Советской Армии с 1929. Окончил Оренбургскую военную школу лётчиков и летнабов в 1931.
Осенью 1931 был направлен в 1-ю Краснознаменную истребительную авиационную эскадрилью, расквартированную в Гатчине. В 1934 назначен командиром звена 26-й авиаэскадрильи (Дальний Восток).
С 1936 - на лётно-испытательной работе в НИИ ВВС.
С 1937 - участник боевых действий в Испании, сражаясь под именем Родриго Матео. Командовал авиаотрядом и эскадрильей (И-15). 26 июня 1937 А.Серов и М.Якушин первыми из группы советских летчиков в Испании поднялись в ночное барражирование. В 40 воздушных боях сбил 8 самолётов мятежников. За проявленное мужество и отвагу ст. лейтенанту Серову 2 марта 1938 присвоено звание Героя Советского Союза.
С 1938 начальник Главной лётной инспекции ВВС. В 1939 окончил КУКС при Военной академии Генштаба. В 1937 и 1939 возглавлял "красную пятерку" на первомайских парадах. Участвовал в испытаниях И-153 М-25В (1938).
Комбриг Серов погиб 11 мая 1939 в авиационной катастрофе на УТИ-4 с летчицей П.Г.Осипенко под Рязанью.
В мае 1939 года под Рязанью проходили учебно-тренировочные сборы инспекторов. Осипенко с Серовым на самолете УТИ-4 (спарка И-16) отрабатывали полет по приборам. При этом один из летчиков находился в закрытой, зашторенной кабине, а другой в открытой кабине страховал первого на случай ошибок и потери пространственного положения. В следующем полете они менялись местами. 11 мая в районе полетов была низкая облачность с кратковременными дождями. Самолет Осипенко и Серова упал в штопоре. Оба пилота погибли. Вероятно, они вошли в облачность и, пилотируя по приборам, потеряли пространственное положение.
Похоронен на Красной площади у Кремлёвской стены.
Награжден орденом Ленина, 2 орденами Красного Знамени, медалями.
Именем Героя названы город в Свердловской обл., где установлен его бюст; металлург, комбинат; Батайская авиац. школа, техн. училище № 54 в г.Серов; улицы в Свердловске, Карпинске, Минске, проезд в Москве. В пгт Воронцовка создан музей Героя.