Semenov on kilpaillut maailmancupissa kaudesta 2009–2010 lähtien. Hän saavutti ensimmäisen palkintosijansa oltuaan kolmas Sotšin normaalimatkalla kaudella 2012–2013. Hän voitti kaudella 2014–2015 normaalimatkojen maailmancupin sijoituttuaan toiseksi Östersundin ja kolmanneksi Holmenkollenin normaalimatkalla. Kaudella 2015–2016 hän oli kolmas Oslon MM-sprintissä. Kaudella 2016-2017 hän on ollut Anterselvan normaalikilpailussa kolmas.