İstanbul’da doğan Serra Yılmaz Fransa’da psikoloji ve tiyatro eğitimi aldı. Dostlar Tiyatro Grubu’nun açtığı yarışmayı kazandıktan sonra ilk sahne deneyimini bu tiyatroda yaşadı. 1983 yılında Atıf Yılmaz’ın “Şekerpare” filmi ile sinemada rol almaya başladı. Atıf Yılmaz, Ömer Kavur, Zeki Ökten, Şerif Gören, Ümit Ünal ve Ferzan Özpetek gibi önemli yönetmenlerle çalıştı. 1997’de ilk tiyatro oyunu olan “Diğerlerinin Adı Ali”yi yönetti. Gerek tiyatro, gerek sinemadaki performanslarıyla pek çok ödül alan Serra Yılmaz, sinema çalışmalarının yanı sıra İstanbul Şehir Tiyatroları’nda oyuncu, dramaturg ve sanat yönetmeni yardımcısı olarak 15 yıl çalıştı. 2005’te İtalya’da sinema ve TV projelerinin yanı sıra tiyatro yapmaya başladı. Halen hem Türkiye, hem de farklı ülkelerde sinema ve tiyatro çalışmalarını sürdürmektedir.

1999 yılında Antalya Altın Portakal Film Festivali’nde “Harem Suare” filmdeki rolüyle En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu Ödülü ve gene aynı filmdeki rolüyle Sinema Yazarları (SİYAD) tarafından verilen Türk Sineması Ödülleri’nde En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu Ödülü’ne layık görülen Yılmaz, 2002 yılında 21. Uluslararası İstanbul Film Festivali’nde “9” filmiyle En İyi Kadın Oyuncu Ödülü’nü kazandı.

“Teyzem”, “Anayurt Oteli”, “Harem Suare”, “Cahil Periler”, “9”, “Karşı Pencere”, “Vanilya ve Çikolata”, “Bir Ömür Yetmez”, “Vavien”, “Kaybedenler Kulübü”, “Nar”, “Eyvah Eyvah 3”, “Toz Bezi” gibi sayısız filmde rol alan Yılmaz, 2011’de 68. Venedik Film Festivali’nin “İlk Yapıt” bölümü jürisinde yer aldı.

2003 yılında “Karşı Pencere”deki rolüyle İtalya’nın en prestijli sinema ödüllerinden David di Donatella’da En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu Ödülü’ne aday gösterildi ve bu adaylıkla Türkiye’den aday gösterilen ilk sinema oyuncusu oldu. Serra Yılmaz gene “Karşı Pencere” filmiyle Fellini’nin senaristi Flaiano adına düzenlenen Flaiano Film Festivali’nde En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu Ödülü’nü kazandı.

Serra Yılmaz, Elif Şafak’ın Baba ve Piç romanından uyarlanan “La Bastarda Di İstanbul (İstanbul’un Piçi)” oyunu ile 2016 yılında İtalya’nın en önemli ve prestijli tiyatro ödüllerinden Persofone Ödülleri’nde En İyi Kadın Oyuncu ödülünü kazandı. Kendisi aynı sene İtalya’da sahne aldığı tiyatro oyunlarındaki başarısı nedeniyle Cuomo Uluslararası Ödülü’ne de değer görüldü. Bütün bu başarılarından dolayı Yılmaz’ı İtalya’nın önemli gazetelerinden Corriere Della Sera’nın yaptığı ankette 2016’nın en başarılı 100 kadınından biri seçti. Serra Yılmaz son olarak bu yıl 31.’si gerçekleştirilen MIX Milano Festivali’nde “Komedi Kraliçesi” (Queen of Comedy) ödülünü aldı. 2018 yılı içinde Ferzan Özpetek ve BKM’nin yapımcılığını üstlendiği, Serra Yılmaz’ın yönetmenliğini yaptığı “Cebimdeki Yabancı” filmi Türkiye’de vizyona girdi ve büyük beğeni topladı.