Tam adı Serpil Kemalbay Pekgözegü olan Serpil Kemalbay Ardahan'da doğdu.
İlkokul ve ortaokulu Ardahan'da tamamlayan Kemalbay bu yıllarda Ardahan Lisesi'nde "devrimci mücadeleyle" tanışarak bir boykot içinde yer aldı.
Daha sonra 1978 yılında ailesiyle beraber İstanbul'a taşındı İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Kimya Mühendisliği Bölümü'nden mezun oldu. Bir süre İngiltere'de kaldı. 90'lı yılların başlarında Türkiye'ye geri döndü. Sosyalist Dayanışma Platformu faaliyetlerinde bulundu. 1997 yılında Dayanışma Evleri'nin ve takip eden süreçte sendika yapısına geçecek olan İMECE Kadın Dayanışma Derneği'nin kurucu isimleri arasında yer aldı.
2007 yılında sigortasız işçilerin birleşimi ve sahip olması gereken haklar için faaliyet yürüten BATİS'in (Bağımsız Tekstil İşçileri Sendikası) İstanbul ve Trakya gibi bölgelerde etkin olması için çalıştı. Sendikalarda işgüvenliği ve işçi hakları ile kadın işçilerin hakları doğrultusunda danışmanlık yürüttü. Genel olarak tekstil, ilaç kimyası ve iş güvenliği gibi sektörlerde görev aldıktan sonra aktif politika yaşamıma girdi. 7 Haziran 2015 seçimlerinde HDP'nin İstanbul 1. bölge milletvekili adayı oldu. HDP MYK'da Çalışma Yaşamı, Emek ve Sendika İlişkilerden Sorumlu Eş Genel Başkan Yardımcılığı gibi görevlerde bulunmasının ardından tutuklu bulunan ve parti üyeliği ile milletvekilliği düşürülen Figen Yüksekdağ'ın yerine 3. olağanüstü kongresinde partinin eş genel başkanı oldu.
