데뷔 2005년 KBS2 드라마 <성장드라마 반올림 2> (2005)배움 동덕여자대학교 방송연예학과
임세미는 좋은 연기력과 비주얼을 겸비한 대기만성형 배우로, 초반에는 꾸준한 활동에도 낮은 인지도를 유지했다가 2014년 SBS 드라마 <사랑만 할래>의 여주인공 역으로 이름을 알리기 시작했다. 2016년 MBC 드라마 <쇼핑왕 루이>에서 서브 여주인공 백마리 역을 맡아 큰 흥행을 거두면서 인지도를 크게 쌓았고, 이로 인해 2016년 MBC 연기대상에서 미니시리즈부문 여자 황금연기상을 수상했다. 2018년 <내 뒤에 테리우스> 등 다양한 드라마에 출연하며 활발히 활동했다. 최근에는 영화 <딸에 대하여>로 부산국제영화제에 초청받는 등 영상화면에서의 스펙트럼을 넓혀가고 있다. 또한 '지구를 사랑하는 임세미'라고 자신을 소개할 만큼 환경과 사회에 대한 진정한 관심을 바탕으로 채식과 제로웨이스트 라이프를 실천하며 유튜브 채널 '세미의 절기'를 통해 그 지향점을 꾸준히 대중과 공유해오고 있으며, 섬세한 선택과 진정성으로 팬들에게 신뢰받는 배우로 자리매김했다. 2026년 개인적인 택시에 출연했다. 2026년 개인적인 택시에서 Gye-hyang 역을 맡았다. 2026년 타짜: 벨제붑의 노래에서 장태희 역을 맡았다.