Etudiant à la fac de Vincennes, en pleine ébullition post-Mai 68, Serge Le Péron anime le groupe Cinélutte, un collectif qui réalise des films militants sur les grèves et les conflits dans les usines. En 1975, il co-signe, avec entre autres Jean Narboni et Danièle Dubroux, des amis de l'Université, L'Olivier, un documentaire sur la Palestine. Au même moment, il intègre la rédaction des Cahiers du Cinéma, alors très en pointe sur les questions politiques. Il écrira pour la légendaire revue pendant une dizaine d'années, côtoyant de futurs cinéastes qui ont pour nom Olivier Assayas ou Hervé Le Roux.

Serge Le Péron signe en 1984 son premier long métrage, Laisse béton, ou le tendre portrait, onze ans avant La Haine, d'un groupe d'adolescents en galère dans la banlieue parisienne. Après un projet de film américain qui n'aboutira pas, il se consacre à la réalisation de documentaires et reportages pour le petit écran (notamment le magazine Cinéma, cinémas). Il faudra attendre l'an 2000 pour le voir revenir à la fiction, avec un polar décalé, L'Affaire Marcorelle, du nom d'un juge d'instruction rongé par la culpabilité, campé par Jean-Pierre Léaud. Fan de l'acteur-fétiche de la Nouvelle Vague, Le Péron lui consacre un documentaire et lui confie le rôle de Georges Franju dans son troisième long métrage, J'ai vu tuer Ben Barka. On retrouve dans cette évocation de l'enlèvement de l'opposant marocain, sortie en 2005, les deux marottes du réalisateur : la politique et la cinéphilie.