Als früh fliegende Pyrgus-Art kann der Schwarzbraune Würfel-Dickkopffalter mit dem Kleinen und dem Roten Würfel-Dickkopffalter verwechselt werden. Wichtige Unterscheidungsmerkmale sind die weiße Submarginal-Fleckenreihe, die nur die beiden letztgenannten Arten besitzen sowie die etwas größere Flügelspannweite von P. serratulae. Zudem besitzen der Kleine und der Rote Würfel-Dickkopffalter reinweiße Flecken auf der Hinterflügeloberseite, während diese beim Schwarzbraunen Würfel-Dickkopffalter nicht klar von der Grundfarbe abgesetzt und eher verwaschen sind. Ein weiteres charakteristisches Merkmal von P. serratulae ist der weiße Fleck im Oberrand der Hinterflügelunterseite. Dieser ist kreisförmig bis elliptisch, umrandet von dunkler Flügelzeichnung. Der deutsche Name weist auf die sehr dunkel wirkenden frisch geschlüpften Falter hin.
Laut Schulte et al. (2007) fliegt der Schwarzbraune Würfel-Dickkopffalter von Mitte Mai bis Mitte/Ende Juni. Die bisher einzige Meldung im ArtenFinder stammt vom 19.05.2014.