Dzimusi Lietuvas pilsētas Zarasu slimnīcas dzemdību nodaļā, Lietuvā, Daugavpils rajona Medumu pagastā dzīvojošo kolhoza zemnieku Lariona un Natālijas ģimenē, kurā auga arī māsa un četri brāļi. Dzimšanas apliecībā reģistrēta kā Iulijaka, taču ģimenē saukta, basketbolā Latvijā un visā pasaulē pazīstama kā Uļjana.

1969. gadā U. Semjonova absolvēja Rīgas 14. vidusskolu, 1973. gadā – Latvijas Valsts fiziskās kultūras institūtu (LVFKI).

20. gs. 60. gadu vidū Latvijas Basketbola federācijas (LBF) sāka rīkot konkursus, lai apzinātu un basketbolā iesaistītu gara auguma jauniešus. U. Semjonova jau bērnībā bija garāka par vienaudžiem, un māsas Tatjanas vīrs Pāvels Kosenko informējis par viņu LBF pārstāvjus. Pēc vairākkārtēja treneru aicinājuma 1965. gada 30. augustā U. Semjonova pārcēlās uz Rīgu un sāka trenēties basketbolā pie Augusta Raubena. Tobrīd viņas augums bija 192 cm, vēlāk basketbolistes karjeras laikā dažādos izziņas avotos tas norādīts diapazonā no 208 līdz 213 cm.

Pirmos panākumus basketbolā U. Semjonova guva 1966. un 1967. gadā, Latvijas jaunatnes izlasē (treneris Viktors Strupovičs), izcīnot 1. vietu Vissavienības jaunatnes sacensībās un PSRS skolēnu spartakiādē, kā arī PSRS junioru izlasē kļūstot par Eiropas U19 čempioni. Lielu ieguldījumu viņas meistarības attīstībā un adaptācijā Rīgā devusi ilggadējā TTT kapteine un trenere, četrkārtējā Eiropas čempione Dzidra Uztupe-Karamiševa.

No 1967. līdz 1988. gadam U. Semjonova spēlējusi Rīgas sieviešu meistarkomandā TTT (1976–1987 – komandas kapteine), no 1967. līdz 1971. gadam PSRS junioru izlasē, no 1968. līdz 1986. gadam – PSRS pieaugušo izlasē. Šajā laikā izcīnīti daudzi tituli.

PSRS izlasē: divkārtēja olimpiskā čempione (1976, 1980), trīskārtēja pasaules čempione (1971, 1975, 1983), desmitkārtēja Eiropas čempione (1968, 1970, 1972, 1974, 1976, 1978, 1980, 1981, 1983, 1985).

PSRS junioru izlasē: trīskārtēja Eiropas U19 čempione (1967, 1969, 1971).

PSRS studentu izlasē: Universiādes čempione (1973).

Rīgas TTT: Eiropas valstu čempionvienību kausa ieguvēja 11 reizes (1968–1975, 1977, 1981, 1982), Liliānas Ronketi Eiropas kausa ieguvēja (1987), PSRS čempione 15 reizes (1968–1973, 1975–1977, 1979–1984), PSRS kausa ieguvēja (1969).

No 1970. līdz 1983. gadam spēlējusi LPSR izlasē. Piedalījusies 55 spēlēs, četrkārtēja PSRS tautu spartakiādes čempione (1971, 1975, 1979, 1983).

LPSR čempione (1968).

Kaut gan U. Semjonova vēlu iesaistījās organizētās sporta nodarbībās, bērnībā lauku darbos iegūtais fiziskais rūdījums un cītīgie treniņi prasmīgu treneru vadībā viņai palīdzēja ātri apgūt basketbola pamatelementus. Darbojoties centra spēlētājas postenī, U. Semjonova pilnībā izmantoja garā auguma priekšrocības, rezultatīvi uzbrūkot un dominējot cīņā par atlēcošajām bumbām gan aizsardzībā, gan uzbrukumā.

Rīgas TTT galvenais treneris Raimonds Karnītis mērķtiecīgi izmantoja U. Semjonovas potenciālu, komandas taktiku pakārtojot viņas unikālajām iespējām un spēles stilam. U. Semjonovas neitralizēšana ilgus gadus bija nopietnākais izaicinājums PSRS un citu Eiropas valstu labāko komandu treneriem un spēlētājām. To reti izdevās atrisināt veiksmīgi. Plašais basketbola tehnikas arsenāls un labā spēles izpratne U. Semjonovai nodrošināja iespēju aktīvi piedalīties komandas sadarbībās un variēt savu darbību, atkarībā no situācijas uzņemoties iniciatīvu pašai vai palīdzot labās uzbrukuma pozīcijās izvirzīties partnerēm.

No 1968. līdz 1985. gadam (ar pārtraukumiem 1976., 1978.–1980. un 1984.) U. Semjonova Rīgas TTT sastāvā piedalījās Eiropas valstu čempionvienību kausa izcīņā, 14 spēlēs gūstot vismaz 40 punktus. 12 turnīru finālos 20 spēlēs izcīnītas 19 uzvaras, vidēji spēlē gūstot 28,2 punktus (rekords – 54 punkti 05.04.1974. Rīgā pret Francijas komandu CUC Clermont-Ferrand. 1987. gadā Liliānas Ronketi Eiropas kausa izcīņas finālā U. Semjonova guva 42 punktus (turnīrā vidēji spēlē 29,7).

Nav pieejami statistikas dati par visām U. Semjonovas spēlēm PSRS čempionātā. Zināms, ka vismaz 25 spēlēs U. Semjonova guvusi vairāk par 40 punktiem. 27.12.1977. spēlē ar Ļeņingradas (tagad Sanktpēterburga) Spartak U. Semjonova guvusi 56 punktus.

PSRS tautu spartakiādes turnīros LPSR izlases sastāvā U. Semjonova 1971. g. bija rezultatīvākā spēlētāja izšķirošajās cīņās par zelta medaļām ar Krievijas Padomju Federatīvās Sociālistiskās republikas izlasi (29 punkti), 1975. un 1979. gadā – turnīra rezultatīvākā spēlētāja (attiecīgi 22,8 un 23,9 punkti). 1983. gadā vidēji spēlē 18 punkti.

Arī PSRS izlasē U. Semjonova bija līdere un panākumu garants. Jau savā pirmajā Eiropas pieaugušo čempionātā 16 gadu vecumā viņa vidēji spēlē guva vairāk par 10 punktiem (12,8), bet 19 gados bija rezultatīvākā spēlētāja pasaules čempionātā (21). U. Semjonovas karjeras laikā no 1968. līdz 1985. gadam PSRS izlase nepiedzīvoja nevienu zaudējumu Starptautiskās basketbola federācijas (Fédération Internationale de Basketball, FIBA) oficiālajos turnīros.

PSRS izlases ilggadējā galvenā trenere Lidija Aleksejeva (Лидия Владимировна Алексеева), ņemot vērā viņas rīcībā esošo lielo augstas klases spēlētāju skaitu, varēja atļauties pilnībā neizmantot visu U. Semjonovas potenciālu, ierobežojot viņas spēles laiku. Tāpēc U. Semjonova izšķirošajās spēlēs tradicionāli guva vairāk punktu nekā vidēji spēlē visā turnīrā. Tā notika olimpiskajos turnīros Monreālā (32 pret ASV komandu un 19,4 turnīrā) un Maskavā (27 finālā, 21,8 turnīrā), tāpat arī notika 1983. gada pasaules čempionātā (23 finālā pret ASV, 16,4 turnīrā).

U. Semjonovas rezultativitāte izlašu augstākā līmeņa turnīros:

Olimpiskajās spēlēs: 1976. gadā – 97 punkti 5 spēlēs, vidēji spēlē 19,4, 1980. gadā – 131/6, vidēji 21,8 (rezultatīvākā turnīrā). Kopā 228/11, vidēji 20,7. Rekordi vienā spēlē – 32 punkti 23.07.1976. pret ASV un 22.07.1980. pret Bulgāriju.

Pasaules čempionātos: 1971. gadā – 168/8, vidēji 21 (rezultatīvākā turnīrā), 1975. gadā – 125/7, vidēji 17,9, 1983. gadā – 164/10, vidēji 16,4. Kopā 457/25, vidēji 18,3. Rekords vienā spēlē – 36 punkti 19.05.1971. pret Dienvidkoreju.

Eiropas čempionātos: 1968. gadā – 101/8, vidēji 12,6; 1970. gadā – 86/7, vidēji 12,3; 1972. gadā – 121/8, vidēji 15,1; 1974. gadā – 146/7, vidēji 20,9; 1976. gadā – 96/7, vidēji 13,7; 1978. gadā – 103/8, vidēji 12,9; 1980. gadā– 85/5, vidēji 17; 1981. gadā – 110/7, vidēji 15,7; 1983. gadā – 106/6, vidēji 17,7; 1985. gadā – 50/5, vidēji 10. Kopā 1004/68, vidēji 14,8. Rekords vienā spēlē – 37 punkti 18.09.1983. finālspēlē pret Bulgāriju.

Karjeras nogalē U. Semjonova spēlēja Spānijas komandā Tintoretto (1987/1988; 2. vieta Spānijas čempionātā) un Francijas komandā Orchsie (1989).

Pēc basketbolistes karjeras beigām U. Semjonova aktīvi iesaistījās Latvijas Olimpiskās komitejas (LOK) darbībā, tika ievēlēta par LOK viceprezidenti (1988–1992), LOK individuālā locekle (1992–2020).

U. Semjonova bija viena no Latvijas Olimpiešu sociālā fonda (LOSF) dibināšanas iniciatorēm. No 1991. līdz 2020. gadam – LOSF prezidente, kopš 2020. gada – LOSF Goda priekšsēdētāja. Viņas vadībā LOSF organizēja un sniedza materiālu un morālu atbalstu Latvijas izcilajiem sportistiem – veterāniem.

U. Semjonova uzņemta Pasaules basketbola Slavas zālē (Naismith Basketball Hall of Fame) Springfīldā (1993), Sieviešu basketbola Slavas zālē (Women's Basketball Hall of Fame) Noksvilā (1999) un Starptautiskās Basketbola federācijas Slavas zālē (FIBA Hall of Fame, 2007).

Laikraksta “Sports” aptaujā 12 reizes atzīta par populārāko sportisti Latvijā (1970–1977, 1980, 1982–1984).

Padomju Savienības Nopelniem bagātā sporta meistare (1971).

Apbalvota ar Darba Sarkanā karoga ordeni (1980), Ļeņina ordeni (1985), Triju Zvaigžņu ordeni (IV šķira; 1995), Draudzības ordeni (Krievija; 2006).

1994. gadā apbalvota ar Starptautiskās Fair Play komitejas (International Fair Play Committee) Goda diplomu.

1998. gadā atzīta par Latvijas labāko basketbolisti 20. gadsimtā.

2007. gadā saņēmusi balvu “Par mūža ieguldījumu sportā”.

1965. gadā Rīgas kinostudijā tika izveidota režisores Irinas Massas dokumentālā filma “TTT”. 2015. gadā pirmizrādi piedzīvoja Armanda Tripāna veidotā dokumentālā filma “Leģenda. Uļjana Semjonova”.

Uļjana Semjonova attēlota arī Maijas Tabakas gleznā “Basketbols. TTT.” (1980) līdzās citām Rīgas TTT spēlētājām.