Michel SERRAULT est le fils de Robert Serrault, d’abord représentant en soieries puis en cartes postales le jour, et contrôleur au théâtre de l’Ambigu-Comique la nuit, et d’Adeline Foulon. Au déclenchement de la Seconde Guerre mondiale en 1939, sa mère l’envoie à Argentat en Corrèze, avec ses deux frères Raoul et Guy, et sa sœur Denise. Issu d’une « famille très simple de tradition chrétienne », il devient enfant de chœur dans l’église de ce village. Il y découvre la théâtralité de la cérémonie religieuse et côtoie la mort lors du sacrement de l’extrême onction et des funérailles religieuses.
Portant en lui le germe d’une foi naissante, il annonce à sa mère en octobre 1941 vouloir devenir prêtre. En octobre 1942, il entre au petit séminaire de Conflans à Charenton-le-Pont. Dès cette époque, il proclame avoir deux passions, « faire rire et [s]’occuper de Dieu », et dira plus tard qu’il n’aurait pas aimé le vœu de chasteté. Après deux ans de séminaire marqué par l’austérité, le père Modeste Van Hamme, son directeur spirituel, l’oriente alors vers son métier de comédien, considérant qu’il servirait mieux le Seigneur dans ce domaine. Michel SERRAULT restera un fervent catholique.
Il s’inscrit au printemps 1944 dans le centre d’art dramatique de la Rue Blanche et suit les cours gratuits de Jean Le Goff, comme José Artur. Parallèlement, il suit des cours payants au conservatoire Maubel où il rencontre une autre élève, Juanita Saint-Peyron, qu’il épousera le 27 janvier 1958. Refusé au Conservatoire en 1946, Michel SERRAULT décroche ses premiers contrats de comédien de théâtre, part en tournée en Allemagne, monte un spectacle de clown avant de faire son service militaire à Dijon en 1948. À son retour, il intègre la troupe des Branquignols de Robert Dhéry, est initié au théâtre d’avant-garde par Jean-Marie Serreau, étudie l’art du mimodrame avec Étienne Decroux et fait de la figuration à la Comédie-Française. Dans les années 1950 et 1960, il fait les belles heures des cabarets parisiens en duo avec Jean POIRET, qu’il rencontre en 1952 à une audition des matinées classiques du Théâtre Sarah-Bernhardt. Ils se font connaître en interprétant ensemble le sketch « Jerry Scott, vedette internationale » dont la première représentation a lieu au cabaret Tabou le 11 janvier 1953. Il débute au cinéma avec les Branquignols par un petit rôle dans Ah ! les belles bacchantes (1954), puis dans Les Diaboliques (1955) d’Henri-Georges Clouzot. Il participera à leurs nombreux autres films.
Michel SERRAULT se lance dans une longue aventure dans le film comique : Assassins et Voleurs (1957) de Sacha Guitry, avec Jean POIRET, Le Viager (1972) de Pierre TCHERNIA, qui le fera jouer dans plusieurs autres films, où il a pour partenaire Michel GALABRU, avec lequel il participera à un grand nombre de films comme Les Gaspards, Room service. Il tourne aussi avec Louis de FUNES, alors encore peu connu : Nous irons à Deauville, Des pissenlits par la racine, Carambolages, ou encore avec Jean Lefebvre et Bernard BLIER : Quand passent les faisans (1965), Le Fou du labo 4 (1967), C’est pas parce qu’on a rien à dire qu’il faut fermer sa gueule (1974).
Figure du théâtre de boulevard, avec ses rôles dans des pièces télévisées d’Au théâtre ce soir, Michel SERRAULT triomphe en 1973 dans le rôle de l’excentrique travesti « Zaza Napoli » de La Cage aux folles, qu’il rejouera plus tard avec un succès international dans ses adaptations au cinéma et dont le premier opus lui vaut le César du meilleur acteur en 1979.
Puis arrive L’Ibis rouge (1975) de Jean-Pierre Mocky avec Michel Simon. C’est un grand ami du cinéaste, avec lequel il tourne un grand nombre de films dont le plus gros succès reste Le Miraculé (1987), où il joue pour la dernière fois avec son vieil ami Jean POIRET et donne la réplique à Jeanne MOREAU, qu’il retrouve pour un autre face à face truculent dans La Vieille qui marchait dans la mer (d’après Frédéric Dard) de Laurent Heynemann en 1991. Il reviendra à la comédie incisive avec Rien ne va plus (1997) de Claude Chabrol, où il forme avec Isabelle Huppert un couple d’arnaqueurs à la petite semaine pris dans les mailles du filet d’un parrain des Antilles, rôle interprété par Jean-François Balmer. Michel SERRAULT a également servi le comique grinçant, absurde et ubuesque de Bertrand Blier en l’espace de trois collaborations : Préparez vos mouchoirs (1978), Buffet froid (1979) et Les Acteurs (2000) (dans ce dernier, comme presque tout le reste de la prestigieuse distribution, il interprète son propre rôle).
L’adaptation de la pièce La Cage aux folles au cinéma étant un succès international, il est un des rares acteurs français à pouvoir se permettre de tourner à la fois dans de grosses productions mais aussi des films d’art et essai, souvent moins grand public.
Le 30 août 1977, il perd sa fille Caroline (alors âgée de dix-neuf ans) dans un accident de la route à Neuilly-sur-Seine16. L’acteur, Nita et leur fille cadette ne surmonteront jamais vraiment cette tragédie.
Ce drame familial est parallèle à un changement de cap artistique : c’est désormais dans des rôles dramatiques que Michel SERRAULT va exceller, soulevant parfois au passage de vives polémiques comme, en 1997, lors de la présentation à Cannes d’Assassin(s) de Mathieu Kassovitz. Après l’obtention d’un deuxième César pour Garde à vue (1981) de Claude Miller, où il campe un notaire cynique et équivoque, soupçonné d’être l’auteur d’un double viol et homicide sur mineures, son dialoguiste Michel Audiard déclare à son sujet : « il est le plus grand acteur du monde ». Ce huis clos policier, où il est confronté à Lino VENTURA, marque sans conteste un grand tournant dans sa carrière, puisque s’ouvre devant lui la porte d’interprétations plus ténébreuses : il apparaît en 1982 aux côtés de Charles AZNAVOUR en petit commerçant provincial voué aux meurtres de vieilles dames dans Les Fantômes du chapelier de Claude CHABROL (adapté de Georges Simenon), ou devient, dans Mortelle Randonnée (1983) de Claude Miller, un père croyant reconnaître sa fille disparue en la personne d’une jeune meurtrière, interprétée par Isabelle Adjani, qu’il suit avant d’effacer les traces laissées sur les scènes de crime.
Il affronte ensuite, paralysé et aphone, sa bru adultère campée par Nathalie Baye dans En toute innocence (1988) d’Alain Jessua et endosse, pour Christian de Chalonge, les oripeaux du médecin et tueur en série, Marcel Petiot dans Docteur Petiot (1990). C’était par ailleurs ce réalisateur qui avait révélé ses capacités à endosser des rôles ambigus avec L’Argent des autres en 1978 où il était un inquiétant banquier. En 1995, Nelly et Monsieur Arnaud, le film testament de Claude Sautet, est une autre étape décisive pour Michel SERRAULT puisqu’il y fait preuve d’une nuance dramatique qu’il avait peu manifestée auparavant. Il y interprète un magistrat retraité, désenchanté, solitaire et mélancolique, sollicitant les services d’une jeune femme délaissée (jouée par Emmanuelle Béart) pour rédiger ses mémoires. Sa prestation est unanimement reconnue comme sa composition la plus aboutie. Elle lui permet de remporter un ultime César en 1996. En 1999 dans Le Monde de Marty de Denis Bardiau, il tient le rôle d’un vieillard muet et paralysé, atteint de la maladie d’Alzheimer mais dont la voix commente en off les récits de son amitié naissante avec un jeune garçon souffrant de leucémie.
À la fin de sa vie, Michel SERRAULT joue plutôt des rôles de « pépé » campagnard à la française, bougon, un peu rustre, mais avec un grand cœur, comme dans Les Enfants du marais (1999) de Jean Becker, avec Jacques Villeret et Jacques Gamblin, Une hirondelle a fait le printemps (2001) de Christian Carion, Le Papillon (2002) de Philippe Muyl, Albert est méchant (2003) ou Les Enfants du pays de Pierre Javaux.
« Homme au physique de monsieur-tout-le-monde et au caractère fougueux, cabotin, provocateur, franc et chaleureux », il a joué dans 135 longs métrages.