Прославлен в лике святых Русской Православной Церковью Заграницей в 1981 году, Московским Патриархатом — в 2000 году.
Родился в семье псаломщика. Окончил Полтавскую духовную семинарию в 1902 году. С 1902 года служил в Алеутско-Аляскинской епархии, занимался миссионерской деятельностью.
С 15 февраля 1920 года — епископ Угличский, викарий Ярославской епархии.
В июле 1922 года был арестован, некоторое время находился в Ярославской тюрьме.
С 1924 года — архиепископ. В 1924 и 1925—1926 годах временно управлял Ярославской епархией.
В первой половине 1920-х годов входил в число консервативных архиереев, стоявших в идейной оппозиции Патриарху Тихону и группировавшихся вокруг настоятеля московского Данилова монастыря архиепископа Феодора (Поздеевского) — так называемых «даниловцев».
29 декабря 1926 года вступил в должность Заместителя Патриаршего местоблюстителя, де-факто возглавив управление Патриаршей Церкви — после того, как были последовательно арестованы Патриарший Местоблюститель митрополит Петр (Полянский), его Заместители митрополиты Сергий (Страгородский) и Иосиф (Петровых). Последний подписал завещание, согласно которому в случае его ареста права Заместителя передавались архиепископу Свердловскому Корнилию (Соболеву) или (в случае невозможности его приступить к своим обязанностям) архиепископу Астраханскому Фаддею (Успенскому), а если и тот не сможет принять дела — архиепископу Серафиму (Самойловичу).
Власти воспрепятствовали первым двум кандидатам возглавить церковное управление и в обязанности Заместителя местоблюстителя вступил сравнительно малоизвестный и молодой архиепископ Серафим. В своём послании просил епископов до минимума сократить переписку и сношения с главой церкви и все дела, кроме принципиальных и общецерковных (как, например, избрание и хиротония во епископа), решать окончательно на местах. В то же время запретил в священнослужении архиепископа Томского Димитрия (Беликова), объявившего в своей епархии автокефалию.
В марте 1927 года архиепископ Серафим был вызван ответственным сотрудником ГПУ Е. А. Тучковым в Москву и заключён во Внутреннюю тюрьму ГПУ. Через три дня освобожден и выслан обратно в Углич. Отверг попытки вмешательства властей в церковные дела и отклонил предложенный ими состав Синода. Отказался решать принципиальные вопросы без согласия находящихся в заключении старших иерархов. В апреле 1927 года митрополит Сергий (Страгородский) был освобождён из заключения, и архиепископ Серафим сложил свои полномочия Заместителя местоблюстителя.
Вместе с правящим архиереем Ярославской епархии митрополитом Агафангелом (Преображенским), митрополитом Иосифом (Петровых) и двумя другими ярославскими викариями выступил против Декларации митрополита Сергия о сотрудничестве с властями. В подписанном ими обращении они выразили верность иерархическому подчинению митрополиту Петру и объявили о самостоятельном управлении Ярославской епархией. Владыка Серафим направил митрополиту Сергию личное письмо, в котором говорил о том, что Декларация лишает страдальцев за веру духовно-нравственного оправдания.
Арестован 17 февраля 1928 года и выслан в Могилёв, находясь в заключении в 6 верстах от города в Буйничском Свято-Духовом монастыре. 11 апреля 1928 года митрополит Сергий и его Синод приняли решение уволить архиепископа Серафима от управления Угличским викариатством. В мае 1928 ими же было принято решение предать его каноническому суду, запретить временно священнослужение в Ярославской и Московской епархиях и потребовать в месячный срок выразить послушание митрополиту Сергию и его Синоду. Существует информация, что в мае 1928 он примирился с митрополитом Сергием, однако, в любом случае, остался при своей позиции. По другим данным, владыка Серафим направил Заместителю местоблюстителя новое послание, повторяющее основные мысли предыдущего. В любом случае, назначений на церковные должности от митрополита Сергия он не принимал. Его дальнейшая судьба — постоянное пребывание в ссылке и лагерях — свидетельствует об отказе от тех компромиссов с властями, которые владыка Серафим считал недопустимыми.
В январе 1929 года издал «Послание» (было опубликовано в официальном органе Архиерейского Синода (РПЦЗ) «Церковныя В?домости»), в котором продолжал обличать политику митрополита Сергия; послание, в чстности, гласило: «<…> все прещения, наложенные и налагаемые так называемым Заместителем Патриаршего Местоблюстителя м. Сергием и его так называемым временным Патриаршим Синодом, незаконны и неканоничны, ибо м. Сергий и его единомышленники нарушили соборность, прикрывши её „олигархической коллегией“, попрали внутреннюю свободу Церкви Божией, уничтожили самый принцип выборного начала епископата <…> М. Сергий, увлекающий ныне малодушных и немощных братий наших в новообновленчество, нашего доверия не оправдал.» Вскоре по издании «Послания» (редакция журнала «Церковныя В?домости» считала, что вследствие напечатания его на страницах их издания), 2 марта 1929 году был арестован в Буйничском монастыре. 14 марта ему было предъявлено обвинение в распространении антисоветских документов (ст.58-10,11 УК РСФСР); 17 мая 1929 года осуждён Особым совещанием при Коллегии ОГПУ СССР по указанной статье и приговорён к 3 годам заключения в Соловецком лагере особого назначения.
На Соловках на строительных работах, поднимая кирпичи на постройку двухэтажного здания, упал с лесов и переломал себе ребра, которые неудачно срослись, что сделало его инвалидом. Осенью 1931 года переведен на материк (командировка «Новая биржа» около Май-Губы), где находился на инвалидных работах.
В марте 1932 года отправлен в Коми-Зырянскую область. По воспоминаниям одного из современников, владыка «слабел телесно, но духом был тверд … Больной — Владыка Серафим часто вспоминался мне в скитаниях по тюрьмам и ссылкам, когда лишенный физического общения с верующими, я мысленно в молитве поминал его; мне представлялось его кротко улыбающееся изможденное лицо и, склонив в молитве голову, я словно чувствовал на ней его исхудалую, огрубевшую, покрытую ссадинами архипастырскую руку». Возглавил нелегальную церковь, тайно посвящал в священство и постригал в монашество.
В 1933 году вновь был осужден к трём годам ссылки, которую отбывал в Архангельске. Примерно в 1934 году им было написано ещё одно Послание, в котором митрополит Сергий (Страгородский) объявлялся запрещённым в священнослужении за свою антиканоническую деятельность, начиная с 1927. Для утверждения этого Послания в Архангельске состоялся «малый катакомбный собор», решения которого должны были стать основой для всех ссыльных епископов и духовенства.
В 1934 году вновь арестован по обвинению в создании новой «контрреволюционной организации сторонников истинно-православной церкви» и приговорён к пяти годам лишения свободы в лагере. Заключение отбывал в Кемеровском ИТЛ.
В 1937 году был арестован в лагере и расстрелян вместе с другими «членами контрреволюционной группы» (напр., Александром Андреевым).
Причислен к лику святых Новомучеников и Исповедников Российских на Юбилейном Архиерейском Соборе Русской Православной Церкви в августе 2000 года для общецерковного почитания.