Fille du metteur en scène de théâtre Jean-Marie Serreau et de l'écrivain Geneviève Serreau, Coline Serreau est baignée dès sa plus tendre enfance dans l'univers du spectacle. Son baccalauréat en poche, elle se révèle la digne fille de ses parents : parallèlement à ses études de Lettres, elle entre au Conservatoire de Musique (orgue et musicologie), tout en suivant des cours de trapèze à l'Ecole du Cirque d'Annie Fratellini, et en apprenant la danse (classique et moderne). Artiste polyvalente, ce sont finalement les Arts dramatiques qu'elle choisit sous la tutelle d'Andreas Voutsinas (également professeur de Jean Réno). Après l'Ecole de la rue Blanche, elle devient stagiaire à la Comédie-Française et joue pour la première fois sur scène en 1970. On la retrouve également sur les planches du Café de la Gare aux côtés de Romain Bouteille, Coluche ou Patrick Dewaere. Après s'être illustrée dans des registres aussi divers que le café théâtre ou les pièces classiques du répertoire, notamment celles de Shakespeare (Othello, Le Songe d'une nuit d'été, Comme il vous plaira au Festival d'Avignon en 1976), elle se lance dans l'écriture et signe son premier scénario en 1973 (On s'est trompé d'histoire d'amour réalisé par Jean-Louis Bertucelli). Deux ans plus tard, elle passe à la réalisation avec un premier court métrage destiné à la télévision le Rendez-Vous. Puis c'est un long métrage documentaire Mais qu'est-ce qu'elles veulent ? présenté au Festival de Cannes de 1977 grâce auquel elle se taille d'emblée une réputation d'artiste engagée et féministe. La même année elle réalise son premier long métrage de fiction, Pourquoi pas !. En 1979 c'est à la télévision qu'on la retrouve tournant coup sur coup un documentaire sur les femmes et l'Islam (Grand-mères de l'Islam), et une captation de spectacle vivant, Oedipe Roi de Sophocle, pour la RAI.Après le peu remarqué Qu'est-ce qu'on attend pour être heureux ? en 1982, c'est la consécration avec le triomphe mondial de Trois hommes et un couffin (1985) dans lequel un trio d'hommes en mal de paternité est confronté (avec quelques années d'avance sans doute) à l'ère de la femme et de la parité (au foyer).En 1989, son cheval de bataille est la tolérance inter-raciale avec l'histoire d'amour improbable d'un PDG et de sa femme de ménage noire (Romuald et Juliette). Puis ce sera La Crise et de nouveau le succès grâce à cette peinture sans concession (mais pleine de dérision) du désarroi de toute une époque marquée par le chômage, le divorce, l'éclatement de la famille... Dans son film suivant La Belle Verte, elle se met elle-même en scène dans un rôle d'extra-terrestre découvrant une planète saccagée par les excès de la société de consommation. Si le public se révèle peu concerné par cette fable aux accents écologiques, il est cependant de nouveau au rendez-vous, cinq ans plus tard pour le féroce Chaos, dénonciation musclée d'une société sans courage, six foix nommé aux César 2001. Deux ans plus tard, elle renoue avec la comédie qui avait fait son succès en réunissant 18 ans après son trio originel Michel Boujenah, André Dussollier et Roland Giraud.