Ha studiato all’ENSAM di Aix-en-Provence e di Parigi, specializzandosi in Ingegneria meccanica. Dopo la laurea, ha iniziato la sua carriera nel settore automobilistico con Michelin, lavorando sulla qualità prodotto prima di trasferirsi al centro di ricerca e sviluppo di Clermont-Ferrand.
Nel 2003 Loic in Michelin si è concentrato sulla R&D di Formula 1 rimanendo nell’azienda francese fino al ritiro dalla massima categoria nel 2006. È quindi entrato a far parte del team BMW Sauber F1 dove ha ricoperto il ruolo di Head of Vehicle Performance.
Nel 2010 Serra è passato al neonato team Mercedes di Formula 1 dove è rimasto fino all'inizio di questa stagione, lavorando con esperti di pneumatici, sospensioni, aerodinamica e power unit per fare in modo che ogni ambito di lavoro portassero ad un pacchetto vettura veloce e affidabile.
A maggio 2024 è stato annunciato l’arrivo di Serra alla Scuderia Ferrari HP all'inizio di ottobre, quando ha preso servizio a Maranello come Technical Director Chassis.