Древнее городище занимает высокий мыс правого берега р. Серены при впадении в нее безымянного ручья. С севера поселение защищала река, а с запада и востока — глубокие овраги. К подтреугольному в плане детинцу (площадь 0,2 га) примыкает трапециевидный, обнесенный с трех сторон валом, а с напольной — еще и рвом, окольный город (площадь около 2,8 га). На береговом плато за окольным городом располагалось неукрепленное селище-посад.
В конце прошлого века памятник был частично исследован Н.И. Булычевым. В последние годы раскопки Серенска ведет Т.Н. Никольская (вскрыто в детинце более 1000 кв. м). Культурный слой подразделяется на три горизонта: IV–VII вв. (мощинская культура), XII–XIII вв. (древнерусское время) и XIV–XVI вв. Средний горизонт насыщен углями, золой, обгоревшими плахами, мелкими камнями и множеством вещей. Судя по типологии находок он относится ко времени Батыева нашествия. Здесь вскрыты плохо улавливаемые остатки срубных наземных жилищ с печами-каменками, хозяйственные постройки, а также погребения и беспорядочные скопления человеческих костей — следы гибели города в страшном пожаре 1238 г.
Особый интерес представляет собранная в Серенске коллекция, характеризующая высокое развитие ремесла в этом маленьком городке, затерявшемся в вятичских землях. Найдены инструменты для обработки железа и дерева. Целая серия каменных литейных форм (более 50) для изготовления полых украшении (колтов, бус, височных колец) и пластинчатых и створчатых браслетов, перстней, подвесок, крестиков вместе с медными матрицами свидетельствуют о незаурядном мастерстве серенских ювелиров, мало в чем уступавших «кузнецам меди и серебру» из столичных центров. Была открыта также мастерская стеклодела, производившего браслеты. Среди находок — предметы вооружения, сельскохозяйственные орудия, бытовые вещи, два золотых перстня, каменные литейные формочки с древнерусскими надписями.
Серенск основывается, по-видимому, в середине XII в. на необжитом месте. Он сразу строится как городской центр, о развитии которого пекутся черниговские князья. Город контролировал сухопутную дорогу из Подесенья и более южных областей на северо-восток. Надо полагать, Серенск являлся домениальным владением Михаила Всеволодовича Черниговского, иначе трудно объяснить походы суздальских князей (в случаях конфликта с Михаилом) на этот город.