Serhiy Semenov est appelé en Coupe du monde pour la première fois en pour le relais mixte de Pokljuka, dans lequel il monte sur le podium. Il participe ensuite aux Jeux olympiques de Vancouver en 2010 puis aux Championnats du monde 2011 à Khanty-Mansiïsk, où il obtient la médaille de bronze lors du relais avec Oleksandr Bilanenko, Andriy Deryzemlya et Sergey Sednev.