Zdobyła złoty medal w biegu na 800 metrów na mistrzostwach świata 2009 w Berlinie z czasem 1:55,45. Po zdobyciu tego medalu, z ogromną przewagą i nowym rekordem RPA, według doniesień prasowych, nastały wątpliwości czy Semenya jest rzeczywiście kobietą. Na parę tygodni przed mistrzostwami świata 2009 w Berlinie, Semenya została zgłoszona przez IAAF do badania płci. Po blisko roku IAAF ogłosił, że dopuszcza Semenyę do dalszych startów jako kobietę, a 15 lipca 2010 zawodniczka powróciła do startów wygrywając bieg na 800 metrów podczas mityngu w fińskim mieście Lappeenranta.
W 2011 zdobyła swój drugi złoty medal na mistrzostwach świata w Daegu, po dyskwalifikacji Marii Sawinowej za stosowanie dopingu.
W październiku 2011 ogłoszono, że nową trenerką biegaczki będzie inna utytułowana lekkoatletka – Maria Mutola.
W sierpniu 2012 Semenya zajęła drugie miejsce i zdobyła srebrny medal podczas igrzysk olimpijskich w Londynie, jednak w 2017 po dyskwalifikacji Mariji Sawinowej z powodu dopingu, Semenyi przyznano w 2019 złoty medal olimpijski.
W 2013 nie uzyskała minimum kwalifikacyjnego na mistrzostwa świata w Moskwie. W 2015 zdobyła złoty medal na dystansie 800 metrów podczas igrzysk afrykańskich w Brazzaville.