Serge Orlowski est ingénieur civil du génie maritime (1954). Il débute sa carrière dans l'industrie lourde au département nucléaire de la filiale française de l'entreprise américaine Babcock et Wilcox (1955-1956). Dans ce cadre, il est envoyé au centre Saclay du Commissariat à l'énergie atomique pour passer un diplôme d'ingénieur nucléaire (1957). Il est ensuite recruté à l'Euratom par Jules Guéron (décembre 1957). En octobre 1959, Il est nommé directeur adjoint du projet ORGEL (1959-1968), en poste à Bruxelles (1959-1964) puis à Ispra (1964-1971). En 1971, il il retourne à Bruxelles et travaille à la direction générale de l'Industrie (DG III) dans la direction du Nucléaire: d'abord dans la division 'Industries electro-mécaniques et nucléaires' puis en tant que chef de la division 'Eau lourde et cycle de combustibles'. De 1974 à 1991, il exerce les fonctions de chef de la division 'Cycle du combustible et déchets nucléaires' dans la direction générale de la Science, de la recherche et du développement avant de passer à la direction générale de l'Environnement, de 1991 à 1994, comme chef de la division 'Sûreté du combustible et des déchets nucléaires'. Serge Orlowski est chevalier de l’ordre national du Mérite.