Format a l’Escola de Sant Carles de València. Fou un dels promotors de la renovació artística del País Valencià, però aviat anà becat a París, on prengué contacte amb les noves tendències i amb els grans artistes del moment (Kandinskij, Arp, Vasarely, Herbin, etc). El 1955 publicà, amb el seu company Soldevila, un manifest sobre la utilització de la llum en la plàstica amb motiu del Salon Réalités Nouvelles presentat al Musée d’Art Moderne de París, on exposà els seus relleus lluminosos de diversos plans, autèntic precedent de l’art cinètic. Exposà a la galeria Denise Renée de París (1955). Des d’aleshores treballà en composicions lineals d’un gran refinament cromàtic valent-se de colors tènues i gammes harmòniques. Les seves escultures metàl·liques i el seu gravat cerquen la creació de reixes visuals, en l’espai o en el pla, que provoquin el moviment i les interferències visuals. Tingué l’estudi a Madrid des del 1960. Formà part del Grup Parpalló de València i participà en la XXX Biennal de Venècia (1960). El 1968 col·laborà activament amb el seminari de generació automàtica de formes plàstiques amb computadora, organitzat pel Centro de Cálculo de la Universitat de Madrid. Exposà a Alemanya, Bèlgica, el Brasil, Cuba, les Filipines, Finlàndia, França, Grècia, Israel, Itàlia, el Japó, Portugal, etc, i a València, Barcelona i altres ciutats de la península. La seva obra, pionera de la recerca visual i de l’art pop, és en importants museus de tot el món. L’any 1979 es creà el Centre d’Art Eusebi Sempere a Alacant, a la Casa de l’Assegurada, després de la donació de la col·lecció de l’artista d’obres cinètiques realitzada el 1977, amb el nom de Càtedra d’Art Cinètic i de Investigació Visual. Posteriorment s’anomenà Centre d’Arte i Comunicació Visual i, després de la mort de Sempere, tornà a canviar de nom.