Apja Szemere László Ung vármegye követe, anyja Vattay Krisztina volt. Nővére, Krisztina révén Szemere Pállal sógori kapcsolatban volt. A sárospataki főiskolán bölcsészetet, teológiát és jogot tanult, 1827-ben ügyvédi vizsgát tett. 1836-ban Máriássy Annát vette feleségül. Nem dolgozott jogászként, szívesebben foglalkozott az irodalommal, fiatal korában tehetségesen festett, domborműveket is faragott. Később a gazdaságot is feleségére bízta. Barabás Miklóssal Bécsbe és Észak-Itáliába utazott, és csak 1840-ben, Kazinczy Gábor unszolására lépett fel az irodalmi életben. Már a Pesti Divatlap második számában (1845. április 10.) verset publikált, vélhetően ekkor ismerte meg Petőfit. Részt vett Petőfi búcsúvacsoráján, melyet barátai rendeztek az első felvidéki útja előtt. Petőfi meggondolatlan mondata vérig sértette Szemerét. Ettől kezdve mániákusan gyűjtötte a költő plágiumgyanús verseit. Újabb provokációnak tartotta, hogy Petőfi neki is elküldte az Összes versek aláírásgyűjtő ívét. A szabadságharc erdélyi harcaiban rövid ideig önkéntesként vett részt. A szabadságharc leverése után lasztóci birtokán visszavonultságban gazdálkodott. A függetlenségi politika lelkes híve volt. 1863-ban a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagjává választotta. 1865-től a Kisfaludy Társaság tagja volt. Hosszabb utazásokat tett: Chyzer Kornéllal az Oszmán Birodalomba, Görögországba és Olaszországba utazott, 1874 nyarán meglátogatta Kossuth Lajost Baraccone-ban. Lasztóci birtokán halt meg hosszas betegeskedés után.