Alors que de violents affrontements se déroulent à Kiev dans son pays, Vita Semerenko présente aux Jeux olympiques de Sotchi, décroche une médaille de bronze sur l'épreuve du sprint, derrière respectivement la Slovaque Anastasia Kuzmina et la Russe Olga Vilukhina, qui est plus tard disqualifiée pour dopage, qui doit laisser sa médaille d'argent à Vita Semerenko ; cette décision sera annulée en 2020 par le Tribunal arbitral du sport. Ensuite, elle obtient la médaille d'or lors de l'épreuve de relais (4 × 6 km), en compagnie de sa sœur Valj Semerenko, de Juliya Dzhyma et Olena Pidhrushna.