Semerenko hiihti Östersundin MM-kilpailuissa 2008 toisen osuuden Ukrainan hopeaa voittaneessa viestijoukkueessa. Hän sijoittui samoissa kisoissa yhteislähtökilpailun neljänneksi. Pyeongchangin MM-kisoissa 2009 hän oli yhteislähdössä niin ikään neljäs. Hanty-Mansijskin MM-kilpailuissa 2011 hän sai pronssia normaalimatkalla. Hän hiihti toisen osuuden Ukrainan viestijoukkueessa, joka menetti hopeamitalinsa Oksana H’vostenkon jäätyä kiinni dopingista. Ruhpoldingin MM-kilpailuissa 2012 hän sai sprinttikilpailussa pronssia sekä oli yhteislähdössä seitsemäs ja takaa-ajossa kahdeksas. Nové Měston MM-kisoissa 2013 hän oli niin ikään sprintissä kolmas ja hiihti lisäksi toisen osuuden Ukrainan hopeajoukkueessa naisten viestissä. Yhteislähdössä hän sijoittui neljänneksi, normaalimatkalla viidenneksi ja takaa-ajossa yhdeksänneksi. Sotšin olympialaisissa 2014 Semerenko sijoittui sprintissä kolmanneksi, takaa-ajossa kymmenenneksi ja oli mukana Ukrainan naisten olympiakultaa voittaneessa viestijoukkueessa. Pyeongchangin olympialaisissa 2018 hän oli sprintissä neljästoista. Östersundin MM-kilpailuissa 2019 hän saavutti pronssia viestissä. Anterselvan MM-kilpailuissa 2020 hän voitti viestissä pronssia.