1965 Ankara doğumlu olan Sema Atalay Ankara Üniversitesi Dil Tarih Coğrafya Fakültesi Antropoloji bölümünden mezun olmuştur.

TRT'de dublaj yapmasıyla birlikte sanat yaşamı başlayan Sema Atalay, bir dönem TRT ekranlarında gençlik programı da sunmuştur. Üç yıl da Londra'da kalan Sema Atalay iyi derecede İngilizce bilmektedir.

Yeşil Işık isimli sinema filminde rol almış olan Sema Atalay bu filmdeki performansı ile Antalya Altın Portakal Film Festivali En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu ödülünü kazanmıştır. Sema Atalay'ın ayrıca çeşitli reklam filmlerinde oynamışlığı ve sunuculuk gibi deneyimleri de bulunmaktadır.