Sema Şimşek, 26 Şubat 1976'da Almanya'nın Gelsenkirchen şehrinde doğdu. Sekiz yaşında Türkiye’ye döndü. Mimar Sinan Üniversitesini kazanmasına rağmen maddi nedenlerden dolayı okuyamadı.
Mankenliğe lise yıllarında başladı. 1994 yılında Best Model of Turkey birincisi oldu. 1995 Best Model Of The World'de dördüncü seçildi. 1998 yılında düzenlenen Paris Moda Haftası'nda Jean Louis Scherrer'in defilesinde yer aldı.
Yaklaşık 6 yıl boyunca Kurtlar Vadisi Pusu dizisinde İnci Tataroğlu karakterini canlandırdı. Bu rolünde önemli ustalarla birlikte çalışarak oyunculukta kendini geliştirdi.
2001 yılında kendisi gibi model olan Burak Hakkı ile evlendi. Şubat 2012'de boşandı.
25 Ocak 2008 tarihinde dünyaya gelen Rüzgar adında bir oğlu vardır.