Născută la Pescara, Serraiocco a studiat dansul de la o vârstă fragedă, și, de asemenea, a lucrat ca profesoară de dans. În 2010 s-a mutat la Roma, unde a studiat la Centro Sperimentale di Cinematografia.
Serraiocco și-a făcut debutul în film în 2013, în filmul Salvo, iar interpretarea sa a obținut mai multe premii, inclusiv Globul de Aur italian pentru cea mai bună actriță și "Nastul d'Argento" "Guglielmo Biraghi" pentru cel mai bun nou talent.
În 2015, Sara a obținut rolul principal în filmul Cloro, regizat de Lamberto Sanfelice. Filmul a fost prezentat la Festivalul de Film Sundance de Robert Redford și la cel de-al 65-lea Berlinale (selecția Generation). Pentru acest rol, ea a fost nominalizată pentru cea mai bună actriță la premiul Globo d'oro 2015. A fost apoi aleasă de Enrico Pau pentru a juca rolul lui Tecla în filmul Accabadora și, în același an, a obținut rolul principal în filmul Worldly Girl, regia Marco Danieli, pentru care a primit premiul pentru cea mai bună actriță la Festivalul de Film de la Veneția din 2016. În 2016 a primit premiul "Shooting Stars" la cel de-al 66-lea Festival Internațional de Film de la Berlin, apoi a obținut rolul principal al lui Nora, în filmul "Non-paese per giovani" regizat de Giovanni Veronesi, după care Sara a obținut rolul unei dansatoare fără brațe (la Ballerina) în filmul Brutti e Cattivi regizat de Cosimo Gomez. In 2017 Sara a fost distribuită în serialul american Counterpart, produs de Starz, in care joaca rolul lui Baldwin, alături de J. K. Simmons.
