Två andra barn, 10 och sju år, fick mindre skador i kraschen, i Ballards Road, utanför Church Lane, i Dagenham kl 15:50 BST på fredag.
Den 22-årige motorcyklisten fördes till sjukhus där han senare dog.
Polisen sa att en KTM motorcykel var inblandad i en kollision med en Vauxhall Zafira bil. Den 38-årige föraren av bilen skadades inte.
En obduktion ska utföras.
Pojken, som var bakpassagerare i bilen, fördes till ett sjukhus i östra London där han fortfarande befinner sig i ett allvarligt tillstånd.
Inga gripanden har gjorts och polisen vädjar om vittnen.
Alla med information uppmanas att ringa den allvarliga kollisionsutredningsenheten på Chadwell Heath.
En motorcyklist dog och en femårig pojke lämnades i ett allvarligt tillstånd i en krasch i östra London.