Serge Poliakoff wurde am 8. Januar 1900 als dreizehntes Kind von George Poliakoff und Agrippina Stroukoff geboren. Aufgrund der Position als Pferdezüchter des russischen Zaren, lebte die Familie ein privilegiertes Leben in Moskau. Neben verschiedenen künstlerischen Aspekten wurde der junge Serge vor allem musikalisch gefördert. Auch seine malerischen Talente waren relativ früh erkennbar und er belegte Zeichen- und Malkurse.
Aufgrund der Unruhen im Zusammenhang mit der russischen Revolution von 1917 sollte ein Teil der Familie 1920 auf das Land ziehen, doch Serge beschloss insgeheim, Russland bei dieser Gelegenheit zu verlassen und sich in den Westen abzusetzen. Er verließ seine Familie während der Fahrt aufs Land und informierte lediglich seine Schwester über die Fluchtpläne. Auf dieser dramatischen Flucht, bei der er sich in Güterzügen versteckte, gelangte er zuerst nach Kiew. Von hier aus führte ihn die Reise mit Unterbrüchen während drei Jahren zusammen mit seinem Onkel und später auch seiner Tante über Georgien nach Konstantinopel, Belgrad, Wien, Berlin und schlussendlich nach Paris, wo er 1923 ankam. Sowohl während der Reise wie auch in den Anfangsjahren in Paris, verdiente sich Serge Poliakoff seinen Lebensunterhalt als Musiker. Ab 1929 begann er mit dem intensiven Studium der Malerei.
Nach einem außerordentlich kurzen Studium der figurativen Malerei wandte sich Poliakoff ab 1935 der abstrakten Malerei zu, und ab 1938 arbeitete der Künstler dann ausschließlich abstrakt. Inspiriert durch die Lehren abstrakter Vorkämpfer wie Sonia und Robert Delaunay, aber auch Wassily Kandinsky und Otto Freundlich, entwickelte Serge Poliakoff seine eigenen Theorien zum Umgang mit Raum, Form und Farben und somit seine eigene für ihn typische Form der Malerei. "Der Raum bestimmt die Formen und Farben; man muss einfach nur zulassen, dass man davon beherrscht wird", so seine Ausführungen zur Londoner Retrospektive 1963.
Poliakoffs Aufmerksamkeit galt immer der Dynamik und den Emotionen. Anmutig und mit Spannung fügen sich in seinen Werken dynamische Formen zusammen, ohne jedoch in ihren Flächen an individueller Spannung zu verlieren. Während in den 1940er Jahren die Farbpalette seiner Werke eher von Grau- und Brauntönen bestimmt war, so begann er in den 1950er Jahren auch leuchtendere Farben einzusetzen. Im Spätwerk des Künstlers ab 1960 finden sich dann neu auch fast monochrome Arbeiten, in denen er dicht an dicht Farbfelder mit unterschiedlichen Nuancen der gleichen Farbe malte. Diese "stillen Bilder" bedienen sich in den Grundtönen kontrastvolleren Farben wie in seinem Frühwerk.
Seit den 1950er Jahren sind Werke von Serge Poliakoff in wichtigen internationalen Museumssammlungen vertreten, er gilt als wichtiger Vertreter der Nouvelle École de Paris. Der Künstler war 1959 und 1964 äußerst erfolgreicher Teilnehmer der documenta II und III Ausstellungen in Kassel und 1962 an der Biennale in Venedig mit einem eigenen Saal vertreten. Kurz davor, im selben Jahr, wurde Poliakoff französischer Staatsbürger, ehe er am 12. Oktober 1969 in Paris verstarb.