Léopoldine Serre fait sa première expérience au cinéma en 1993 à l’âge de cinq ans dans Priez pour Nous de Jean-Pierre Vergne.
Très vite, elle enchaîne les tournages pour la télévision (notamment Les Misérables de Josée Dayan en 1999 où elle interprète le rôle de Cosette aux côtés de Gérard Depardieu et John Malkovich, ou Le Frangin d’Amérique de Jacques Fansten en 2004…) comme pour le cinéma avec Ponette de Jacques Doillon, La Famille Wolberg d’Axelle Ropert aux côtés de François Damiens et de Valérie Benguigui, ou encore Je vous aime très beaucoup de Philippe Locquet avec Firmine Richard. En 2021, elle sera à l’affiche de Love Bug, premier long métrage de Cédric Prévost.
Après un bac Littéraire option théâtre qu’elle obtient avec mention Bien en 2006, elle réussit le concours de la classe libre de l’école Florent, puis travaille régulièrement au théâtre aux côtés notamment de Cristiana Réali, Elodie Navarre, Constance Dollé… et dans des mises en scène de Sarah Mesguich (Eby et son petit chaperon Rouge, 2007, Lucernaire), Mélanie Leray (Leaves de Lucy Caldwell, 2009, TNB), Stéphane Hillel, (Sunderland de Clément Koch, 2010, Petit Théâtre de Paris) Benoit Lavigne (La Rose Tatouée, de Tennesee Williams 2012, théâtre de l’Atelier)
En 2010, elle vit une expérience professionnelle en famille, dans le rôle d’Irina (Les Trois Sœurs d’Anton Tchékhov au théâtre de l’Athénée) auprès de ses deux sœurs, Joséphine et Alexandrine, et de son frère Volodia, qui signe également la mise en scène.
Depuis janvier 2019, elle joue en alternance le personnage d’Alice dans Intra-Muros d’Alexis Michalik à la Pépinière Théâtre.
Depuis 2004, Léopoldine travaille très régulièrement en doublage. Elle prête notamment sa voix à Belle (Emma Watson) dans la Belle et la Bête (Walt Disney), Yennefer dans la série The Witcher (Netflix), Saoirse Ronan dans Little Women (Sony Pictures) ou encore Mercredi dans la Famille Addams (Universal Pictures)…