Улица названа по Серпуховской заставе и Камер-Коллежскому валу, частью которого являлась. Образовалась во второй половине XIX века. Современное название с 1922 года, ранее называлась Серпуховской Камер-Коллежский Вал. С 1988 года принято неверное написание Серпуховский вал.[3]
№ 20 — четырёхэтажное здание автоматической телефонной станции (1932 год). Было снесено в конце марта 2015 года вместе с поздними пристройками (стр. 2, 3 и 5) для расчистки места под застройку — АФК «Система» планирует на этом месте строительство восьмиэтажного офисно-жилого здания с паркингом на 76 машиномест.
Вблизи площади Серпуховская Застава расположен северный вестибюль станции метро 09Тульская. Недалеко от западного конца улицы расположена станция метро 06Шаболовская.
По улице в 1931 году проложена трамвайная линия, используемая в настоящее время маршрутами 16, 38, 39, 47.
29 февраля 2004 года в результате прорыва трубопровода с холодной водой Серпуховский Вал, а также площадь Серпуховская Застава и начало Большой Тульской улицы были затоплены. В отдельных местах вода поднялась на несколько десятков сантиметров, был полностью затоплен подземный переход под Большой Тульской улицей, вода подступила вплотную ко входу в северный вестибюль станции метро «Тульская».[4]
↑Имена московских улиц. Топонимический словарь / Р. А. Агеева, Г. П. Бондарук, Е. М. Поспелов и др.; авт. предисл. Е. М. Поспелов. — М.: ОГИ, 2007. — 608 с. — (Московская библиотека). — ISBN 5-94282-432-0.
↑М. Вострышев. Москва. Большая иллюстрированная энциклопедия: Москвоведение от А до Я. М.: ЭКСМО, 2007. ISBN 5-699-18029-X