Nasce a Teramo nell'aprile del 1873 da una famiglia di scienziati e politici, che annoverava tra i componenti l'astronomo Vincenzo. Dopo gli studi nella città natale Serafino si trasferisce a Roma dove consegue la laurea in Geologia all'Università La Sapienza. Quindi si sposta in Germania dove si specializza con il celebre geologo tedesco Karl Alfred Ritter von Zittel in Paleontologia. Torna in seguito in Italia dove diventa assistente di Alessandro Portis, altro celebre accademico dell'Istituto di Geologia e Paleontologia di Roma. Perfeziona i suoi interessi scientifici anche nel campo della Malacologia, una branca della Zoologia che studia i molluschi. I suoi lavori in questo campo sono localizzati soprattutto nei territori dell'Abruzzo e del Lazio. Cerulli-Irelli focalizza le sue ricerche sull'analisi di molluschi fossili prevenienti dai depositi marini Pleistonici di Monte Mario nei dintorni di Roma.
La sua opera principale fu "La Fauna Malacologica Mariana" pubblicata in ben otto volumi tra il 1907 e il 1916. Fu anche presidente della Società Geologica Italiana. Si spense nel gennaio del 1946.