П. С. Серен родилась в селе Кочетово Тандинского района Тувинской АССР. После окончания в 1977 году школы № 2 г. Кызыла стала студентом филологического факультета Кызылского государственного педагогического института. В 1984 году Полина Сергеевна была принята младшим научным сотрудником сектора языка и письменности ТНИИЯЛИ. В 1992 году она закончила аспирантуру Института языкознания АН СССР, защитив кандидатскую диссертацию на тему «Тере-хольский диалект тувинского языка в ареальном освещении». Научным руководитель был видный советский тюрколог Э. Р. Тенишев.
С конца восьмидесятых годов ученый активно участвует в научных экспедициях не только по Туве, но и по Монголии. Стремясь реализовать свои проекты, она стала победителем многих грантов,в том числе Российского гуманитарного научного фонда (РГНФ) «Российское могущество прирастать будет Сибирью и Ледовитым океаном» (2004-2005, 2006, 2007 гг.), международного гранта РГНФ-МинОКН (Министерства образования, культуры и науки Монголии) «Мир Центральной Азии» (2008-2010 гг.).
На основе полевых экспедиций и грантовых исследований сформировалась известная среди не только ученого сообщества, но и простого населения ее монгольская «трилогия», связанная с тремя основными местами компактного проживания этнических тувинцев Монголии: «Обычаи Сенгельских тувинцев Монголии» (2006 г., переиздан в 2015 г.), «Обряды Кобдинских тувинцев Монголии» (2013 г., переиздан 2014 г.), «Обряды и обычаи Цагаан-Нуурских тувинцев Монголии» (2014 г.), «Тувинцы-оленеводы Монголии» (2016 г.). Эти научные труды вышли не только на тувинском и русском языках, но переведены и опубликованы за рубежом, в Монголии и в Турции.
Со студенческих лет ученый увлекается фотографией, ее творческие работы не раз привлекали внимание и становились победителями на различных конкурсах фотоискусства.