Desa Semayu berdiri pada tahun yang tidak diketahui kepastiannya, diperkirakan berdiri pada abad 18 ketika terjadi Perang Diponegoro melawan Belanda. Maka bisa dipastikan Desa Semayu ini lahir sebelum Indonesia merdeka pada tahun 1945. Hingga saat ini Pemerintah Desa Semayu belum menemukan dokumen dan bukti sejarah yang menyebutkan tahun berdirinya Desa Semayu. Sejarah Desa Semayu hanya bisa dirunut berdasarkan cerita lisan yang berkembang dimasyarakat secara turun temurun.

Menurut cerita yang berkembang di tengah masyarakat, Desa Semayu merupakan desa pindahan dari desa yang berada di Dieng. Perpindahan tersebut dikarenakan desa mengalami wabah penyakit dan bencana alam tanah longsor yang mengakibatkan sebagian rumah hilang. Kemudian ada penduduk yang menggembala kambing sampai lokasi Desa Semayu. Mereka yang berpindah ke Desa Semayu merasa cocok dengan lokasi tersebut, sehingga mereka memutuskan untuk berpindah ke tempat yang sekarang menjadi Desa Semayu. Dan menurut cerita, orang yang pertama kali menemukan lokasi Desa Semayu bernama Nolo Kusumo.

Kemudian berdirinya Desa Semayu diprakarsai oleh prajurit pengikut Pangeran Diponegoro yang berasal dari Yogyakarta yang bernama Kyai Sulang. Menurut cerita setiap kali diadakan pertemuan untuk mendirikan desa, Nolo Kusumo selalu menghilang tanpa sebab dalam pertemuan tersebut atau dalam bahasa jawa disebut "semaya" maka oleh Kyai Sulang akhirnya desa tersebut diberi nama Desa Semayu.

Dahulu sebelum tahun 1957 Desa Semayu terbagi menjadi dua yaitu Desa Semayu Jurang dan Desa Semayu Gunung. Desa Semayu Jurang dipimpin oleh Lurah Marwi dan Desa Semayu Gunung dipimpin oleh Lurah Tanu Dikromo. Sampai pada akhirnya pada tahun 1957 Desa Semayu menjadi satu lagi dengan dua dusun yaitu Dusun Semayu Jurang dan Dusun Semayu Gunung dengan kepemimpinan sebagai berikut :

a. Sahro Wardi (1957 - 1977)

Sahro Wardi adalah Lurah Desa Semayu yang tahun dan tanggal kelahirannya tidak diketahui, namun menurut sumber yang ada beliau lahir pada tahun 1924. Beliau adalah pendiri masjid pertama di Desa Semayu, yaitu Masjid Nurul Huda. Beliau juga pendiri Sekolah Rakyat (SR).

b. Makfud Hadi (1977 - 1989)

Makfud Hadi lahir di Wonosobo pada tanggal 20 April 1947. Beliau adalah anak mantan Lurah Semayu yaitu Sahro Wardi. Latar belakang pendidikan beliau adalah tamatan SLTP. Pada masa pemerintahan beliau, banyak prestasi yang telah dicapai diantaranya : pembangunan tahap pertama berdirinya Balai Desa Semayu, SD Inpres Semayu, rolak jalan Semayu dan pembangunan Rice Mill.

c. Mulyoto (1989 - 1997)

Mulyoto lahir di Wonosobo pada tanggal 24 Desember 1944. Beliau adalah mantan Kepala Desa Semayu dengan latar belakang pendidikan SLTP. Selama beliau menjabat banyak prestasi yang dicapai diantaranya : pembuatan lapangan olah raga, pembuatan tugu makam pahlawan dan senderan makan, serta Polindes. 

d. Drs. Tauhid (1997 - 2013)

Drs. Tauhid lahir pada tanggal 10 Desember 1959 dengan latar belakang pendidikan Sarjana Agama. Beliau Kepala Desa yang pernah menjabat selama dua periode, yaitu periode 1997-2006 dan periode 2006-2013. Selama beliau menjabat banyak prestasi yang dicapai diantaranya : kemajuan dibidang keagamaan, pendidikan wajib belajar 12 tahun, pembangunan kantor pelayanan desa, pembangunan pasar desa, dan pembangunan gedung serba guna.

e. Lukito Aji (2013 - sekarang)

Lukito Aji lahir pada tanggal 7 Oktober 1975. Yang pada masa kepemimpinannya telah mencapai prestasi diantaranya Desa Tertib dan Taat Pajak Bumi Bangunan, selain itu juga mampu menciptakan transparansi dibidang pemerintahan, pembangunan dibidang sarana dan prasarana infrastruktur, seperti Pembangunan Lapangan Randu Mas Desa Semayu yang menjadi salah satu ikon Desa Semayu. Dan juga dapat menjadikan Desa Semayu sebagai Desa Percontohan Anti Korupsi Kabupaten Wonosobo pada Tahun 2022 yang dicanangkan oleh Gubernur Jawa Tengah.