Vuonna 1894 keisari Aleksanteri III:n suosiollisella määräyksellä ja kaivosinsinööri Aleksandr Auerbahin johdolla paikalle perustettiin terästehdas. Ympärille syntynyttä taajamaa alettiin kutsua nimellä "Nadeždinsk" alueen omistajan Nadežda Polovtsovan mukaan. Ensimmäisen maailmansodan aikana seudun rikkaat malmivarat olivat arvossaan, ja muun muassa Klein-veljesten konepaja siirrettiin Riiasta Nadeždinskiin 1917. Venäjän vallankumouksen jälkeisessä sisällissodassa kaupunki oli jonkin aikaa valkoisen kenraalin Aleksandr Koltšakin hallinnassa. Kaupunginoikeudet Nadeždinskille myönnettiin vuonna 1926. Vuonna 1934 kaupunki sai uuden nimen "Kabakovsk" paikallisen puoluejohtajan Ivan Kabakovin mukaan, mutta tämän jouduttua Stalinin vainojen kohteeksi entinen nimi palautettiin. Nimi Serov annettiin kaupungille 1939 Espanjan sisällissodassa kunnostautuneen ja samana vuonna kuolleen lentäjäsankari Anatoli Serovin kunniaksi.