Sie wechselt beim Weiler Gottmännigen (Gemeinde Neuenkirch) in nördliche Richtung bis kurz vor Hildisrieden. Von dort geht die Grenze nordwestwärts den Südhang des Eichbergs hinauf bis in die Nähe der Quelle des Rotbachs und führt mitten durch den Golfplatz Sempachersee. Innerhalb der Anlage dreht die Gemeindegrenze nach Westen und erreicht im Morentalerwald mit 735 m ü. M. den höchsten Punkt der Gemeinde. Vom Morentalerwald geht die Grenze in südwestlicher Richtung hinunter zum Sempachersee, den sie östlich von Eich erreicht.

In der Gemeinde gibt es mehrere grosse Waldgebiete. An der Kleinen Aa südöstlich des Städtchens liegt der Allmendwald. Nördlich von ihm der Schwarzlachen, der von der Autobahn A2 durchschnitten wird. Im Osten der Gemeinde liegt der Steinibühlwald, in dessen Westen der Steinibühlweiher liegt. Der Mussiwald wächst nordöstlich des Städtchens in die Höhe. Ausserdem ist ein ansehnlicher Teil des Ufers des Rotbachs bewaldet.

Die Gemeinde besteht aus dem Städtchen Sempach (511 m ü. M.), dem Weiler Kirchbühl (580 m ü. M.) nördlich davon und zahlreichen Häusergruppen und Einzelgehöften.

Vom Gemeindeareal von 895 ha (ohne Seeanteil) ist 68,7 % landwirtschaftliches Nutzgebiet. 16,3 % sind Siedlungsfläche und nur 14,5 % von Wald und Gehölz bedeckt. Sempach grenzt an Eich, Hildisrieden, Beromünster und Neuenkirch.