Francisco Serrano nació el 17 de diciembre de 1810 en la isla de León (San Fernando, Cádiz). Hijo de un destacado militar liberal y con parientes en la nobleza -el hecho de que naciera en la Real isla de León se debe a la participación de su padre en las Cortes de Cádiz-, estudió en el célebre Colegio de Vergara, creado por la Sociedad Bascongada de Amigos del País, y a los doce años inició su carrera militar como cadete del Regimiento de Caballería de Sagunto, pasando en 1829 al Regimiento de Caballería del Príncipe y en 1830, con el grado de subteniente, al Cuerpo de Carabineros de Costas y Fronteras. En 1833regresó al arma de caballería, en el Regimiento de Coraceros de la Guardia de Madrid.

Serrano participó de forma destacada en la Primera Guerra Carlista, ascendiendo rápidamente por méritos de combate. Fue ayudante del general Espoz y Mina durante el año1835, y de su padre, general en jefe de Cataluña, desde el año 1836, obteniendo la Cruz Laureada de San Fernando. Al firmarse el Convenio de Vergara, en 1839, ya era coronel, y al año siguiente ascendió a brigadier.