Après des études à l’Institut d’Etudes Hispaniques, Carlos Serrano est reçu 1 er à l’agrégation d’Espagnol en 1968. Assistant à l’université de Rouen de 1969 à 1972, puis à l’université de Paris III-Sorbonne Nouvelle, il soutient en 1973 une thèse de 3 e cycle sur  La guerre d’Afrique et ses répercussions en Espagne (1859-1904) , préparée en collaboration avec M.-C. Lécuyer, sous la direction de Louis Urrutia. Nommé Maître-Assistant dans cette même université, il y exercera jusqu’en 1987, en participant, notamment, aux travaux du Centre de Recherches sur Idéologie et Discours (CRID). Entre 1981 et 1984 il est détaché à la Casa de Velázquez comme membre de la section scientifique. Après la soutenance en 1984, de sa thèse de Doctorat d’Etat sur  Mouvements populaires et populismes en Espagne (1890-1910) , préparée sous la direction d’Albert Dérozier, il est en 1987 nommé professeur de civilisation espagnole contemporaine à l’université de Paris-Sorbonne (Paris IV) où il dirigera de nombreuses thèses (17 seront soutenues entre 1993 et 2000) et créera le CRIMIC (Centre de Recherches Interdisciplinaires sur les Mondes Ibériques Contemporains) dont il sera le directeur jusqu’à sa mort, assumée depuis qu’il avait subi une greffe du cœur en 1990.

 Son impressionnante œuvre scientifique (plus de 200 ouvrages et articles entre 1976 et 2001) témoigne d’une insatiable curiosité et d’une inventivité qui l’ont amené à faire fi des découpages thématiques habituels ou des bornages chronologiques, même si c’est l’Espagne des XIX et XX e siècles qui a surtout retenu son attention, notamment la crise fin de siècle et la Guerre d’Espagne.

On observe chez lui la préoccupation permanente d’explorer des champs nouveaux, en exploitant les archives, la presse et les textes consacrés ou non, mais aussi la photographie ou le cinéma. Très tôt il s’est employé à faire dialoguer l’histoire et la littérature dans la perspective d’une histoire culturelle dont il a été un des plus constants pionniers et promoteurs dans l’hispanisme français, notamment au sein du groupe de recherche sur l’ histoire culturelle de l’Espagne contemporaine qui a permis la production de  1900 en Espagne et de  Temps de crise et «années folles». Les années 20 en Espagne (1917-1930) . Son dernier livre,  El nacimiento de Carmen. Símbolos, mitos y nación,  est devenu une référence en la matière.

A l’instar d’Arturo Serrano Plaja, son père, et de son grand-père maternel Jean-Richard Bloch, Carlos Serrano fut un intellectuel engagé, un homme de convictions, attentif à la révolution cubaine jusqu’à la fin des années 1970, et un homme de réflexion. C’est ce dont témoignent, aussi bien son approche critique du Parti Communiste Français pendant la Guerre d’Espagne que son dialogue prolongé avec l’œuvre d’Unamuno (cf.  Miguel de Unamuno. Entre histoire et littérature ), mais aussi sa prodigieuse capacité à débattre, à objecter et mettre en doute, sans concessions pour quiconque —y compris lui-même­—, avec un sens de la dialectique particulièrement achevé.

Il était l’intelligence même et comme la pensée en action.