Учился в Сарагосе, Тулузе, Париже, где изучал математику, географию, астрономию, право, медицину. Мигель Сервет впервые в Европе описал малый круг кровообращения.
В 1531 выходит в свет его трактат «Об ошибках троичности», а через год — второй трактат «Две книги диалогов о Троице», ставший ответом на полемику в связи с его первой работой. Антитринитарные взгляды Сервета вызвали протест как в католическом, так и в протестантском мире, и он был вынужден скрываться, приняв имя Михаила Виллановануса (Мишель Вильнев).
После 1532 Сервет поселяется в Лионе. В этот период он пишет комментарии к новому изданию «Географии» Птолемея, в котором, в частности, восстанавливает забытый приоритет Колумба в открытии Нового света. В 1535-38 изучает медицину в Парижском университете. Его астрологические занятия вызвали недовольство профессоров университета, дело рассматривалось Парижским парламентом, после чего Сервет был вынужден бежать из города. Он живёт в различных городах Франции, занимаясь под чужим именем врачебной практикой. После 1540 становится личным врачом архиепископа Пьера Пальмье во Вьенне. Переписка с Кальвином, которую Сервет ведет в течение нескольких лет, выявляет полное несогласие их во взглядах, и Кальвин причисляет Сервета к числу злейших врагов христианской религии.
В 1553 во Вьенне анонимно выходит главный труд Сервета «Восстановление христианства», изучающий основы его антитринитарной «рациональной теологии» Считая обессмысленным крещение младенцев, Сервет полагает, что крещение должно происходить уже в зрелом, сознательном возрасте. Рассматривая понятие души, Сервет попытался дать представление о крови как обиталище души, впервые в Европе описал малый круг кровообращения. Приоритет его в изучении кровообращения считался неоспоримым до тех пор, пока в 1929 в Дамаске не была найдена рукопись арабского врача Ибн-ан-Нафиса с описанием легочного кровообращения. Прямые текстовые совпадения в описаниях Сервета и Ибн-ан- Нафиса позволяют предполагать знакомство Сервета с текстом его арабского предшественника.
Книга Сервета была признана еретической, а весь тираж её уничтожен. Книга вышла с инициалами M. S. V., что позволило инквизиции установить авторство Сервета. Он был арестован, но во время судебного процесса бежал из тюрьмы и был заочно приговорен к смерти. Покинув Францию, Сервет, по-видимому, пытался найти убежище в Неаполе. Его путь лежал через Женеву, где он был узнан Жаном Кальвином и по приговору женевской консистории сожжён на костре.