В 1941−1943 — Московского театра драмы под руководством Н.М.Горчакова.
В 1951−1959 — Московского театра им. Моссовета, в 1959−1964 — вновь театра им. Ленинского комсомола.
Первым мужем Валентины Серовой стал прославленный лётчик-испытатель, герой гражданской войны в Испании, Анатолий Серов. Они поженились 11 мая 1938 года, но совместная жизнь продлилась недолго: 11 мая 1939 года при совершении испытательных полётов Анатолий Серов разбился. А в сентябре того же года Серова родила сына, которого в честь погибшего отца назвали Анатолием.
В 1933−1941 и в 1943−1950 — актриса Центрального ТРАМа (с 1938 — театр им. Ленинского комсомола).
Заслуженная артистка РСФСР (1946).