Empezó a tomar clases de dibujo en Moscú. Pasaba las vacaciones en Nalchik con su cuñado Serge Kissilev, cuyo tutor había sido uno de los hermanos pequeños de Chéjov. Se dice que la familia Kissilev sirvió de modelo a Chéjov para El jardín de los cerezos. Fue en Nalchik donde Serge Poliakoff, siendo adolescente, pintó sus primeros paisajes en el mismo lugar donde trabajaba Levitan, el principal paisajista ruso. Así pues, su infancia transcurrió entre la vida familiar en Moscú, donde su madre, muy religiosa, le llevaba a menudo a la iglesia, donde descubrió los iconos, luego la vida cultural de su hermana Véra, que tenía un salón literario, la vida de la aristocracia rusa, con los Galitzine en San Petersburgo, y sus vacaciones a orillas del Mar Negro. Viajó hasta el Cáucaso. Desinteresado por los estudios sistemáticos de la escuela de gramática, le encantaba leer, y la riquísima biblioteca de su hermano Anatoly, su "guía espiritual", le dio la oportunidad de conocer desde muy joven no sólo la literatura rusa, sino también todos los clásicos occidentales. Su hermano Anatoly, que estudiaba canto, también le inculcó el gusto por la ópera y la música. A los doce años ya sabía tocar la guitarra. También le apasionaron las matemáticas y el álgebra.

Comienza el éxodo a través de Rusia y el Cáucaso.

Dimitri, Serge, Nastia Poliakoff y su primo Galitzine en Tiflis, en el Cáucaso, en 1919.

Se instaló en París.

Expone por primera vez, en grupo, en la Galerie Drouant. Dedica varias horas al día a la pintura. No queda casi nada de sus obras de esta época, ya sea porque las repintó o porque se dispersaron. Algunas reproducciones en los periódicos de la emigración rusa publicados en París, así como la reproducción publicada en el catálogo de la Drouant de París, muestran, a través de Desnudos y Retrato de hombre, un aprendizaje académico de la pintura.

Dejó París por Londres, donde asistió durante dos años a la Slade School of Art, y se casó con Marcelle Perreur-Lloyd, una francesa de madre irlandesa que llevaba varios años viviendo en Londres. Tocó la guitarra en varias películas. Las frecuentes visitas a los museos londinenses durante este periodo "le ayudaron a encontrarse a sí mismo", según sus propias palabras. Sus favoritos eran ya los primitivos italianos, Cimabue, Giotto y Simone Martini. La escuela flamenca y el impresionismo le interesaban.

Vélasquez y Cézanne, Gauguin y Seurat le llamaban la atención. Entre los modernos, le gustaban Klee, por su sentido de la composición, y Juan Gris. A diferencia de Picasso y Braque", confesaría más tarde, "la naturaleza de Juan Gris ya era abstracta". Pero la gran sorpresa de su estancia en Londres fueron los sarcófagos egipcios que descubrió en el Museo Británico. Las proporciones de las pinturas de los sarcófagos le hicieron pensar, y los colores y materiales le intrigaron hasta tal punto que un día, aprovechando la ausencia temporal del vigilante, rascó una esquina para ver exactamente el color de las distintas capas superpuestas.

Expone en el Salon des Indépendants, al que asiste hasta 1945. Conoce a Sonia y Robert Delaunay. Se convierte en un asiduo visitante de su casa, a la que acude una vez a la semana en día fijo. Durante estos encuentros, verdaderas clases nocturnas, Delaunay explica a sus amigos pintores sus teorías del contraste simultáneo.

Aunque no influyeron directamente en su pintura, las ideas de Delaunay sobre el arte abstracto le ayudaron a evolucionar. Expuso su primer cuadro abstracto en la Galerie Le Niveau de París. Kandinsky fue el primero en reconocer las cualidades del joven pintor abstracto. "Apuesto por Poliakoff para el futuro", declaró. Ese mismo año, Poliakoff también conoció a Otto Freundlich: el hombre y la gravedad abstracta de su pintura le causaron una profunda impresión.

Su primera exposición de pintura abstracta (obras de 1942 a 1945) tuvo lugar en la Galerie de l'Esquisse. El crítico Frédéric Noël, en su columna sobre exposiciones, destacó la aparición del nuevo pintor abstracto. Asimismo, el crítico Guy Domand se fijó en la participación de Poliakoff en el Salon des Réalités Nouvelles.

Galardonado con el Prix Kandinsky, creado por Nina Kandinsky para animar a un joven pintor abstracto.

Expone sus cuadros en la Galería Denise René y sus gouaches en la Galería de Beaune. Participa en el Salón de Mayo. La crítica parisina sigue y constata su evolución. En Carrefour, Frank Elgar subraya su "predilección" por la pintura de Poliakoff expuesta en el Salón de Mai.

Sus exposiciones se multiplican. Su obra ya contaba con fieles coleccionistas. Abandona su profesión de músico y se dedica por completo a la pintura, gracias a un contrato con la Galerie Bing. Ese año, en la exposición "Arte del siglo XX" celebrada en el Museo de Arte Moderno de París, tuvo la oportunidad de ver los dos cuadros de Malevich que poseía el Museo de Arte Moderno de Nueva York, entre ellos Cuadrado blanco sobre fondo blanco. Fue una verdadera conmoción y una confirmación: "Me mostró una vez más el papel crucial de la vibración de la materia. Aunque no haya color, un cuadro en el que la materia vibra sigue vivo". Serge Poliakoff pasó el verano en Gordes, en Vaucluse, donde pintó un fresco en casa del crítico de arte Charles Estienne.

Sus exposiciones privadas se multiplican, al igual que su participación en exposiciones colectivas en Francia y en el extranjero.

Ganó el Premio Lissone.

Tuvo la oportunidad de ver la obra de Malevich por primera vez, a la mayor escala posible, en la exposición organizada por Fran Meyer en la Kunsthalle de Berna. Quedó profundamente impresionado. Dos de sus lienzos proyectados sirvieron de telón de fondo para el espectáculo Jean Tardieu-Jacque Poliéri en el Théâtre de l'Alliance française de París.

Premio Internacional de la Bienal de Tokio.

Retrospectiva en la Maison de la Culture de Caen.