Serge Buttet intègre les Dauphins romanais-péageois à l’âge de 8 ans, sous l'impulsion de son père. Il a pour entraîneur André Pistre puis sa mère. Il est sacré champion de France du 100 mètres papillon à sept reprises (1974, hiver 1975, 1975, hiver 1976, 1976, hiver 1977, 1977). Il bat le record de France de la distance en 1974 avec un temps de et l'améliore en 1975 avec un temps de , puis en 1976 avec un temps de ; ce record ne sera battu qu'en 1979. Il participe aux Championnats d'Europe de natation 1974 à Vienne, terminant huitième du 100 mètres papillon et huitième du relais quatre nages, et termine neuvième du 100 mètres papillon des Championnats du monde de natation 1975 à Cali.. Aux Jeux olympiques de 1976 à Montréal, il est éliminé en séries du 100 mètres papillon, terminant quatrième de sa course en . Il prend sa retraite sportive en 1978 à l'âge de 24 ans.