Родился 30 августа 1912 года в городе Азов Азовского района Ростовской области (Россия) в семье рабочего. Русский.
В РККА с августа 1933 года, был призван Ростовским городским военкоматом.
Окончил военную авиационную школу.
В звании лейтенанта служил младшим летчиком в 34-й истребительной авиационной эскадрилье 56-й истребительной авиационной бригады Киевского военного округа.
Участвовал в национально-освободительной войне в Испании с 13 июня 1937 года по 28 января 1938 года в качестве командира звена истребителей И-16.
Всего в Испании произвел около 130 боевых вылетов, сбил 4 самолета (1 лично и 3 в составе звена).
После возвращения из Испании продолжал служить в Киевском военном округе, в звании капитана был командиром эскадрильи 28-го истребительного авиационного полка.
Участник освобождения Западной Украины и Западной Белоруссии в сентябре 1939 года.
В 1940 году ему было присвоено воинское звание «майор».
Участвовал в Великой Отечественной войне с 22 июня 1941 года.
Воевал на Южном фронте, был инспектором по технике пилотирования ВВС 9-й армии. Летал на истребителях, но, кроме того, одним из первых летчиков освоил штурмовик Ил-2.
«…У наших авиаторов накапливался опыт, повышалось мастерство. Во фронтовые части стали поступать самолеты новых типов. Когда был оставлен Кишинев и рубеж обороны пролег по Днестру, мы наблюдали за полетом невиданной до сих пор машины. Выкрашенный в темный цвет моноплан вела, видимо, очень опытная рука. Он летел на предельно низкой высоте, поливая вражеские позиции огнем из пулеметов. Вокруг машины рвались зенитные снаряды. Снопы трассирующих пуль буквально упирались в ее плоскости. Пробыв над полем боя минут двадцать, самолет развернулся и, пройдя над блиндажами, скрылся за холмами.
Через несколько дней на полевом аэродроме мы смогли поглядеть на новую машину, потрогать ее. Это был один из первых экземпляров штурмовика «Ильюшин-2». Его пилот - майор А. В. Серенко - совершил на нем уже около двадцати боевых вылетов. Бронированный фюзеляж и плоскости усеяли мелкие, словно оспинки, вмятины от пуль и осколков. И ни одной пробоины!
Первое время за Днестром летал один «Ильюшин». Но вскоре штурмовики стали громить врага крупными группами, а затем и соединениями…»
(Из книги Н. Н. Денисова «1418 дней фронтового корреспондента»)
Всего произвел около 40 боевых вылетов на штурмовике Ил-2.
В 1941 году был легко ранен (по другим данным, был контужен).
С августа (12 ноября) 1941 года по 15 июня 1942 года был командиром 4-го истребительного авиационного полка. Вместе со своим полком защищал Николаев, Херсон, прикрывал Ярославль и Рыбинск от налетов немецкой авиации, участвовал в 16 воздушных боях, сбил 1 самолет.
В 1942 году ему было присвоено воинское звание «подполковник».
С 3 июля по 1 октября 1942 года командовал 480-м истребительным авиационным полком, с октября 1942 года по июнь 1943 года - 234-м истребительным авиационным полком. С 31 марта по 30 мая 1944 года был командиром 591-го истребительного авиационного полка*, с 30 мая (22 июня) 1944 года до конца войны командовал эскадрильей в 162-м истребительном авиационном полку.
Летал на самолетах И-16, МиГ-3, Ил-2, «Харрикейн», ЛаГГ-3, Як-1, «Киттихаук», Ла-5, Як-9.
Всего за время Великой Отечественной войны произвел около 200 боевых вылетов, провёл около 35 воздушных боёв, сбил 6 самолетов (5 лично и 1 в паре) и 1 аэростат лично.
После окончания войны продолжал служить в Военно-воздушных силах.
31 марта 1946 года вышел в отставку в звании подполковника.
Список известных воздушных побед А. В. Серенко:
02.09.1941 1 Ме-109 Херсон лично
08.07.1943 1 аэростат район Ростова лично
03.10.1943 1/2 Ю-88 Старо-Петровский в составе пары
15.07.1944 1 ФВ-190 Коженовичи лично
15.07.1944 1 Ю-87 Лейки лично
20.07.1944 1 ФВ-190 Новый Двур лично
26.07.1944 1 ФВ-190 Белосток лично
Награжден орденом Ленина (02.03.1938), двумя орденами Красного Знамени (28.10.1937**, 13.08.1944), орденом Александра Невского (31.05.1945), орденом Отечественной войны 2-й степени (05.07.1943), медалями «За боевые заслуги» (03.11.1944), «За оборону Кавказа», «За взятие Кёнигсберга», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» и другими.
Примечания:
* По некоторым данным, с января по июнь 1944 года командовал 43-м гвардейским штурмовым авиационным полком.
** Орден имел порядковый № 1312.