Серф закончил школу в Лос-Анджелесе, поступил в Стэнфордский университет, где получил степень бакалавра по математике в 1965 году. Получив высшее образование, Серф поступил на работу в IBM, где содействовал разработке языка программирования QUIKTRAN. Однако, спустя два года он покинул компанию и вернулся в вуз, поступив в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. Там он получил степени магистра (1970) и доктора философии (1972) по информатике. В течение учёбы Серф работал под руководством профессора Леонарда Клейнрока, известного реализацией подключения университета к ARPANET, предшественнику Интернета. Там он познакомился с Робертом Каном. После учёбы Серф устроился доцентом в Стэнфордском университете и проработал там четыре года.
С 1976 по 1982 год Винтон Серф работал на Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA). После этого он работал четыре года в MCI Inc., а затем в Корпорации национальных исследовательских инициатив (CNRI) до января 1994 года.
В 1997 году Серф, страдающий пониженным слухом, становится одним из руководителей университета Галлодета — государственным вузом для обучения глухонемых, глухих и слабослышащих людей. С 1999 по 2007 возглавлял руководство организации ICANN. С сентября 2005 года Винтон Серф является вице-президентом и «главным проповедником интернета» в корпорации Google.
В 2008 году доктор Серф возглавил комитет IETF по разработке и внедрению интернационализованных доменных имён.