Futbola Özçamdibispor'da başladı. 16 yaşında Fenerbahçe nin altyapısına transfer oldu ve ilk profesyonel sözleşmesini imzaladı. Süper Lig 2000-2001 sezonunun ikinci devresinde teknik direktör Mustafa Denizli tarafından A takıma alındı. Fenerbahçe de ilk resmi maçı, 17 Şubat 2001 tarihinde oynanan Sirtspor-Fenerbahçe,Turkcell Süper Lig maçıdır. Bu maçta son 15 dakikada oynamıştır. Süper Lig 2007-2008 sezonunda 17 golle gol krallığına ulaştı. Fenerbahçe'nin 26 Temmuz 2007 tarihinde yardımcı kaptanlığını üstlendi. Semih Şentürk, 8 Mart 2009 tarihinde oynanan Kayserispor-Fenerbahçe maçında takımının ilk golünü atarak Kadir Has Stadyumunda ilk gol atan futbolcu olarak tarihe geçmiştir.2009-2010 sezonunu ise yedek kulubesinde geçirmiştir.2011-12 sezonu itibari ile Fenerbahçenin Türkiye Kupasında Cemil Turan ile birlikte en çok gol atan oyuncusu olmuştur.(19 gol) Yedek kulübesinden gelerek attığı kritik goller nedeniyle "Nöbetçi Golcü" lakabıyla bilinir.Semih 13 Ocak 2013'te oynanan 1461 Trabzon maçında attığı gol ile Fenerbahçe tarihinde Türkiye Kupasında en çok gol atan oyuncu olmayı başarmıştır.(20 golle)
