Родилась 10 августа 1890 в Кишиневе. Окончила Драматическую школу А.И.Адашева в Москве и в 1911 была принята в труппу Московского Художественного театра. В 1913 перешла в 1-ю Студию МХТ, продолжая участвовать в спектаклях Художественного театра, где первой ролью С.Г.Бирман стала госпожа Босс (Гибель «Надежды» Г.Хейерманса). Из наиболее известных ролей, сыгранных Бирман тогда на сцене МХТ, современники отмечают Гортензию (Хозяйка гостиницы К.Гольдони, 1914).

В 1924–1936 Бирман – актриса МХАТа II, созданного на основе студии. В этот период играет много, по отзывам критики, ярко, гротесково, ее наиболее известными ролями, вошедшими в золотой фонд русского театра, стали Халдейка (Блоха Н.С.Лескова), королева Анна (Человек, который смеется В.Гюго), Вдовствующая королева (Эрик ХIV А.Стриндберга), Анна Трощина (Чудак А.Афиногенова), Улита (Тень освободителя М.Е.Салтыкова-Щедрина) и другие.

Здесь же Бирман дебютирует как режиссер (Любовь – книга золотая А.Н.Толстого, 1923). В 1936, когда после отъезда за границу М.А.Чехова МХАТ II закрыли, Бирман вместе с частью труппы перешла в Театр им. МОСПС. Здесь начала работать как режиссер (в 1936 поставила Вассу Железнову М.Горького, сыграв главную роль, затем осуществила постановку пьесы А.Афиногенова Салют, Испания!, где сыграла роль Матери).

В 1938 Бирман переходит в Московский театр им. Ленинского комсомола, который в то время возглавил ее товарищ по Художественному театру и МХАТу II И.Н.Берсенев. С 1938 по 1958 – актриса и режиссер этого театра. Здесь раскрылись такие черты творчества Бирман, как четкость психологического решения роли и спектакля в целом, острота формы, публицистическая направленность, обостренное гражданское чувство.

В 1942 на сцене Театра им. Ленинского комсомола была поставлена и сыграна Васса Железнова, но на этот раз в характере своей героини Бирман подчеркивает черты, отсутствовавшие в первой сценической интерпретации: глубокое чувство одиночества, острый ум, душевная сила, материнская любовь, готовая на любые жертвы. Среди значительных работ Бирман периода работы в Театре им. Ленинского комсомола – Фанни Ферелли (Семья Ферелли теряет покой Л.Хеллман), майор Анна Греч (Так и будет К.Симонова) и другие.

Режиссерские работы данного периода отличаются, по свидетельству критиков, лаконичностью при четкости психологического рисунка и ярко выраженной театральности (Зыковы М.Горького, 1940; Живой труп Л.Н.Толстого,1942; Сирано де Бержерак Э.Ростана, 1943; Семья Ферелли теряет покой Л.Хеллман, 1945; Под каштанами Праги К.Симонова, 1945; Русский вопрос К.Симонова,1947, и другие). Бирман неоднократно ставила спектакли в Ташкенте, Ленинграде, Риге.

С 1925 Бирман снималась в кино (Кума в Закройщике из Торжка). Лучшей работой актрисы единодушно считается трагический образ Ефросиньи Старицкой (Иван Грозный, 1945, Государственная премия СССР, 1946). С большим успехом она снималась в комедийных ролях (Доктор в Безумном дне, 1956; Констанция Львовна в Обыкновенном человеке, 1957).

Умерла Бирман в Москве 11 мая 1976.

Великая характерная актриса театра и кино, режиссер, педагог. С 1911 — актриса МХТ, в 1913 перешла в 1-ю Студию МХТ, продолжая участвовать в спектаклях МХТ. В 1924—1936 — актриса МХАТа 2-го. В 1936—1938 работала в театре имени МОСПС, где поставила «Вассу Железнову», сыграв в этом спектакле главную роль. В 1938—1958 — актриса и режиссер Театра имени Ленинского Комсомола, активно участвовала в организации этого театра. С 1958 работала в труппе Театра имени Моссовета.

Серафима Бирман любила кино, любила сниматься в эпизодах. Она не играла людей элементарных, последовательных, любой характер она сгущала в загадку — оттого ее роли часто «выстреливали» и исчерпывались. Как многие большие актрисы, она боялась остаться без ролей, боялась, что ее забудут, обойдут и надеялась вылепить что-то из всякой ерунды. Она почти ничего в кино не сыграла. Осталась одна великая роль — Ефросиньи Старицкой в «Иване Грозном». О ней, как и о самом фильме, написано множество научных статей. Бирман получила за эту роль Сталинскую премию, но вновь появилась на экране лишь 10 лет спустя. Видимо главным предназначением ее жизни оставался театр.

Впервые Бирман вышла на сцену в 1911 году в массовке рядом с Вахтанговым и Михаилом Чеховым, затем играла классику, современный репертуар, театралы до сих пор помнят ее Вассу Железнову. Бирман стала одним из организаторов Московского театра имени Ленинского комсомола, на сцене которого поставила немало спектаклей сама. Но жизнь ее была трудной, напряженной одинокой и оборвалась в стенах сумасшедшего дома.