Serlio lernte zunächst bei seinem Vater in Bologna die Malerei, was ihm eine gründliche Kenntnis der Perspektivkonstruktion verschaffte, und kam durch seine Tätigkeit bei Baldassare Peruzzi in Rom (ab 1514) zur Architektur. Nach der Plünderung Roms 1527 im Sacco di Roma ging er 1528 nach Venedig, 1541 siedelte er nach Frankreich über, um als „peintre et architecteur du roi“ in den Dienst des französischen Königs Franz I. zu treten. Seine letzten Jahre verbrachte er in Lyon.