1994'te Bilkent Üniversitesi Müzik ve Sahne Sanatları Fakültesi Tiyatro Bölümü'nü burslu olarak kazandı. 1998 yılında bu okuldan yüksek şeref öğrencisi olarak mezun oldu. İlk profesyonel oyunculuk deneyimini 1998 yılında Ankara Sanat Tiyatrosu'nda Rutkay Aziz'in yönettiği Ariel Doffman'ın "Dullar" adlı oyununda yaşadı. 1999 - 2000 sezonunda Diyarbakır Devlet Tiyatrosu'nda çalıştı. Aynı zamanda Diyarbakır Şehir Tiyatrosu'nda sahne ve oyunculuk dersleri verdi ve aynı kurumda "Barış Adası" adlı oyunu yönetti. 2002 yılında mecburi hizmetini tamamlamak üzere Erzurum Devlet Tiyatrosu'na atandı. Hacettepe Üniversitesi Devlet Konservatuarı Tiyatro Yönetmenliği Yüksek Lisans Programı'ndan mezun olduktan sonra 2005 yılında Erzurum Atatürk Üniversitesi Güzel Sanatlar Fakültesi Tiyatro Bölümü'nde öğretim görevlisi olarak ders vermeye başladı. 2008 yılında Devlet Tiyatrosu'ndaki görevinden istifa ederek İstanbul'da çalışmaya başladı. Dot ve BKM gibi tiyatrolarda çalıştı. 2009 - 2010 sezonunda "Bir İntiharın Giysi Provası" oyunu ile İstanbul Şehir Tiyatroları oyuncusu oldu. Oyun 3 sezon kapalı gişe olarak sahnelendi ve oyuncuya 14. Afife Tiyatro Ödülleri'nde Yılın En Başarılı Müzikal/Komedi Oyuncusu adaylığını getirdi. 2012 yılında "Cats & Dogs (Soho İstanbul)" adlı bir yapım şirketi kurdu. 2014 yılında Nuri Bilge Ceylan'ın yönettiği Altın Palmiye ödüllü "Kış Uykusu" filminde "İmam Hamdi" karakterini canlandırdı. Ayrıca En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu dalında aday gösterildi. 47. SİYAD Türkiye Film Eleştirmenleri Birliği Ödülleri'nde de aynı performansla ödül alan Serhat Kılıç, üniversiteden bu yana hayallerinin peşinden giderek 2014 yılında oyunculuk, yazarlık, dans ve şan eğitimleri veren "OKUL Serhat Kılıç" adlı bir sanat okulu kurdu.