İzmir'in amatör kulüplerinden Özçamdibispor'da amatör olarak oynarken 1999 yılında Fenerbahçe altyapısına transfer oldu. 2000-2001 sezonunun ikinci yarısından itibaren A takıma alındı.
Semih Şentürk 17 Eylül 1999’da profesyonelliğe geçti. 1999-2000 sezonunda İzmir Özçamdibispor’da oynarken Fenerbahçe PAF takımına transfer edildi. 2001-2002 sezonunda İzmirspor'da kiralık olarak oynadı. Burada 3 gol attı 14 Haziran 2001’de Fenerbahçe’de tekrar 2 yıllık profesyonel sözleşme imzaladı. 2001-2002 sezonu itibariyle de Fenerbahçe’de hem PAF hem de a takım kadrosunda yer aldı.
Semih Şentürk Fenerbahçe'de ilk maçı, 13 Ocak 2001 tarihinde oynanan Fenerbahçe - Pogon (Polonya) hazırlık maçıdır. Fenerbahçe'de ilk resmi maçı 17 Şubat 2001 tarihinde oynanan Siirtspor-Fenerbahçe maçında sahaya çıktı. Süper Lig 2007-2008 sezonunda 17 golle gol krallığını elde etti. 26 Temmuz 2007 tarihinde Fenerbahçe'nin yardımcı kaptanlığını aldı.
Semih Şentürk 17 Aralık 2005'de oynanan ve 4-0 kazanılan Türkiye Süper Liginin 17. haftasındaki Fenerbahçe-Denizlispor karşılaşmasında 4 gol birden attı. Böylece Fenerbahçe lig tarihinde bir maçta 4 veya daha fazla gol atan 13. futbolcusu oldu.
Semih Şentürk 13 Aralık 2006 tarihinde 2-2 biten, Fenerbahçe - Eintracht Frankfurt UEFA Kupası Grup 4. maçında, 75. dakikada oyuna girip, 79. dakikada ilk sarı kartını görüp, 82. dakikada Fenerbahçe'ye bir üst tura geçmesini sağlayan beraberlik golünü röveşata ile atan ve 90+1. dakikada ikinci sarı kartını gören Semih, hakemin kırmızı kart vermeyi unutması üzerine oyun başladıktan sonra yaklaşık 20 saniye daha oyunda kalmıştır. Ardından hakemi uyararak kırmızı kart görmesini sağlamış ve Fenerbahçe'nin aleyhine olabilecek olası bir maç tekrarını engellemiştir.
Semih Şentürk 2011-12 sezonunda Türkiye Kupasında Cemil Turan ile birlikte en çok gol atan oyuncusu olmuştur.(19 gol) Yedek kulübesinden gelerek attığı kritik goller nedeniyle "Nöbetçi Golcü" lakabıyla bilinen Semih Şentürk, 13 Ocak 2013 tarihinde oynanan Trabzon maçında attığı gol ile Fenerbahçe tarihinde Türkiye Kupası'nda en çok gol atan oyuncu olmuştur.
Milli Takım kariyeri
115 kez Türk Milli Takımlarına çağrılan Semih Şentürk, 4 kez Türkiye U-15, 27 kez Türkiye U-16, 18 kez Türkiye U-17, 4 kez Türkiye U-18, 3 kez Türkiye U-19, 6 kez Türkiye U-20, 19 kez Türkiye U-21, 1 kez Türkiye A-2 forması giymiştir.
Semih Şentürk bu sayede, Türkiye Millî Futbol Takımları'nın erkekler klasmanında tüm yaş gruplarında forma giymiştir.
A Millî Takım formasını ise ilk kez 17 Kasım 2007 tarihinde 2008 Avrupa Futbol Şampiyonası elemeleri grup maçı olan Norveç-Türkiye müsabakasında giymiştir.
20 Haziran 2008'de oynanan EURO 2008 çeyrek final karşılaşmasında 119. dakikada Hırvatistan'ın attığı gole 120+2 de cevap vererek, Türkiye Millî Futbol Takımı'nın penaltılarla yarı finale çıkmasını sağlamıştır. Penaltılar 3-1 bitmiş ve kendisi de 1 penaltıyı gole çevirmiştir. Euro 2008'de Almanya maçında Türkiye'nin ikinci golünü atmış ancak, A milliler turnuvadan elenmiştir. Euro 2008'de milli takımın en çok gol atan futbolcusudur (3 Gol).Euro 2008'de gol krallığında ikinci olmuştur. Santiago Bernabéu Stadyumu'nda Türkiye'nin İspanya'ya 1-0 yenildiği maçın rövanşında Ali Sami Yen'de tek golü o atmıştır.
Semih Şentürk, 2003 yılında Pınar Şentürk ile evlendi, bir kızı oldu.