Historia Jezioro Sempach jest zbiornikiem wodnym o pochodzeniu polodowcowym. Lodowiec Reuss, który cofał się pod koniec zlodowacenia Würm, około 12 000 lat temu, pozostawił po sobie szereg moren, w tym w okolicach dzisiejszej kaplicy Mariazell w gminie Sursee, która ogranicza jezioro Sempach na północnym krańcu. Pozostałości kilku domów na palach znalezionych podczas badań archeologicznych wokół jeziora wskazują na osadnictwo z neolitu i epoki brązu.
W 1386 r. na południowym brzegu jeziora, w pobliżu miasta Sempach, miała miejsce decydująca dla późniejszych dziejów Konfederacji Szwajcarskiej bitwa pod Sempach, w której Szwajcarzy rozbili austriackie wojska Habsburgów.
W 1806 r. dzięki pracom melioracyjnym poziom wody w jeziorze obniżono o około 1,7 metra, co zmniejszyło ryzyko powodzi, a jednocześnie dostarczyło znacznych terenów ziemi uprawnej dla rolnictwa. Od tego czasu poziom lustra wody u wylotu Suhre (w Aargau Suhre) w Oberkirch jest sztucznie regulowany.