Родился в 1858 году в Богородске (ныне Ногинск Московской области) в семье земского врача. После его семья переехала в Москву, и он учился во 2-й Московской гимназии, что находилась на площади Разгуляй. После окончания гимназии поступил на Физико-математический факультет Московского университета, который окончил в 1880 году со степенью кандидата.

В том же году он поступил на медицинский факультет Московского университета, а поскольку у него уже было высшее образование, его приняли сразу на 3-й курс. В. П. Сербский увлёкся изучением нервных и психических болезней и стал одним из учеников С. С. Корсакова. В 1883 году В. П. Сербский защитил дипломную работу, за которую получил серебряную медаль.

25 января 1882 года вступил в  брак Анной Феликсовной Маевской. В следующем году у них родилась дочь Зинаида.

После окончания медицинского факультета, В. П. Сербский начинает врачебную деятельность под руководством С. С. Корсакова в частной психиатрической лечебнице. С 1885 по 1887 заведовал земской психиатрической лечебницей в Тамбовской губернии. Под руководством В. П. Сербского тамбовская лечебница стала одним из наиболее передовых учреждений своего профиля в России. В лечебнице для больных был изменён режим, для больных начались широко применяться труд и развлечения.

По командировке местного земства был отправлен в Австрию, где почти год проработал в Вене в психиатрической клинике Т. Мейнерта. Возвратившись из Австрии, еще несколько месяцев проработал в Тамбовской клинике для душевнобольных, а затем возвратился в Москву, где стал работать старшим ассистентом в только что открытой психиатрической клиники Московского университета. В 1891 году защитил диссертацию на степень доктора медицины, а в 1892 году стал приват-доцентом Московского университета, где читал лекции по судебной психиатрии одновременно на медицинском и на юридическом факультетах. 

В 1895 году В. П. Сербский выпускает первый том «Руководства по судебной психопатологии», посвящённый общетеоретическим вопросам и законодательству по судебной психиатрии. В этом руководстве освещались вопросы судебно-психиатрической теории и практики, а также законодательства для психических больных. Второй том «Руководства» вышел в свет в 1900 году. На протяжении многих десятилетий книга являлась настольным руководством психиатров всего мира. 

С 1900-го года, после смерти своего учителя, С. Корсакова, В. П. Сербский фактически стал ведущим психиатром России. В июне 1903 года он стал директором психиатрической клиники Московского университета и экстраординарным профессором.

В. П. Сербский всегда выступал за то, чтобы относится к больным прежде всего как к людям. Рассматривая картину заболевания, Сербский учитывал не только душевные, но и физические недуги больных, стараясь воссоздать картину их взаимосвязи

В 1905 году В. П. Сербский выступил с докладом, в котором показал, что созданная в стране обстановка способствует росту психических заболеваний. После съезда он выпустил книгу, в которой рассмотрел роль революции как фактора, влияющего на изменение сознания большого числа людей. Из-за этих выступлений отношение властей к учёному стало негативным.

В 1911 году В. П. Сербский в знак протеста против реакционной политики министерства образования, покинул кафедру психиатрии Московского университета, которую он до этого возглавлял. Он продолжал выступать против политики подавления прав и свобод, проводимой российским правительством.

В 1913 году В. П. Сербский посетил Великобританию. В этом же году он публично разоблачил несостоятельную экспертизу в антисемитском деле М. Бейлиса.

В. П. Сербский скончался 5 апреля 1917 года и похоронен на Новодевичьем кладбище.

В 1922 году имя В. П. Сербского было присвоено Пречистенской больнице, которая была преобразована в Институт судебно-психиатрической экспертизы.