1976 Almanya doğumlu olan Sema Şimşek 8 yaşında İstanbul'a yerleşmiştir. Mimar Sinan Üniversitesi'ni kazanan ancak maddi yetersizlikler nedeniyle okuyamayan Sema Şimşek, lise yıllarında mankenlik yapmaya başlamıştır.
Sema Şimşek 2001 yılında oyuncu Burak Hakkı ile evlenmiştir. Bu evlilikten Rüzgar adında bir erkek çocuğu dünyaya gelmiştir. Burak Hakkı ve Sema Şimşek yaklaşık 12 sene mutlu bir evlilik sürdürmüş hatta örnek çiftler arasında gösterilmiştir. Ancak Burak Hakkı ve Sema Şimşek'in evlilikleri 2012 yılında boşanmışlardır.
Sema Şimşek, 2002 yılında Azad dizisi ile ekran kariyerine adım atmış dizide Naime karakterini canlandırmıştır. 2004 yılında yayınlanan İstanbul Şahidimdir dizisinde de Ece karakteri ile ekrana gelmiş, 2007 yılında ise Kurtlar Vadisi Pusu dizisinin kadrosuna katılmıştır. dizide İnci karakterini canlandırmıştır.
Sema Şimşek dizilerin yanı sıra sinema filmlerinde de rol almıştır. Oynadığı filmler arasında Dabbe 6 ve Terkedilmiş adlı filmler bulunmaktadır.Güzel oyuncu Sema Şimşek, Fox TV'de yayın hayatına başlayan ve uyarlama bir dizi olan Komşular dizisinde Seza rolü ile karşımıza çıkmıştır. Sema Şimşek oyuncu Ali Arda Esen ile sevgilidir.
Sema Şimşek Avlu Dizisine önceki ay 'Eylem' karakteriyle katılmıştı. Sema Şimşek projeye veda etti.