Semsjovs profloopbaan begon in 1996 bij FK CSKA Moskou, waar hij doorstootte vanuit de jeugdopleiding. Hij verkaste in 1998 naar Torpedo Moskou en zeven seizoenen later - voor het eerst - naar Dinamo Moskou. Sinds 2009 speelt hij voor FC Zenit Sint-Petersburg.
Semsjov behoorde tot de Russische nationale selectie tijdens onder meer het WK 2002, het EK 2004 en het EK 2008.