Con i suoi 110 km di lunghezza il Serchio percorre un lungo tragitto che inizia nell'alta Garfagnana in una grande conca che si estende dalle aspre vette delle Alpi Apuane fino ai verdi crinali dell'Appennino Tosco-Emiliano.
Le sue plurime sorgenti si raccolgono in due rami principali. Il primo, chiamato Serchio di Gramolazzo, proveniente dalla Alpi Apuane. Il secondo, cosidetto Serchio di Soraggio o Sillano, è di origini Appenniniche. Non esiste in realtà una vera sorgente, bensì una fitta ragnatela di sorgenti e di infiltrazioni subalvee, come non si può nemmeno identificare  una sorgente particolarmente importante o più ricca di altre. Infatti solo dopo che tutti i rami e i corsi si sono riuniti in uno solo oltre Piazza al Serchio si forma veramente il fiume.
Qui inizia il lungo cammino del Serchio che scende verso Castelnuovo e poi si dirige verso la piana di Lucca dove scorre in un alveo artificiale.
Fino a Calavorno il fianco apuano resta il principale alimentatore del fiume, a valle di Calavorno invece è maggiore l'apporto di acqua di provenienza appenninica (torrente Fegana e torrente Lima provenienti dai monti dell'Abetone).
Lambisce le colline di Diecimo e la conca di Valdottavo, si immette fra le ripide strette di Rivangaglio per poi affacciarsi a Sesto di Moriano nella pianura di Lucca.
Una volta ricevute le acque dell'affluente Freddana, lambisce S. Alessio e Carignano da destra e Borgo Giannotti, S. Anna e Nave da sinsitra. Superata la stretta di Ripafratta bagna Vecchiano, e si getta finalmente nel Mare Tirreno tra Migliarino e San Rossore a nord dalla foce dell'Arno.