Se origina con la cabeza larga del músculo bíceps femoral en la parte inferior y medial de la tuberosidad isquiática.
[1] Su vientre muscular desciende a lo largo del muslo, terminando en su mitad inferior donde origina un tendón largo, que se dispone sobre el semimembranoso y desciende hacia la rodilla anteriormente para insertarse en la superficie medial de la tibia, por detrás de la inserción del sartorio y del grácil (el semitendionoso forma junto a estos dos tendones la llamada pata de ganso superficial).
Además actuando conjuntamente con el semimembranoso, rota en sentido medial las dos articulaciones.
El semitendinoso está inervado por la división tibial del nervio ciático.
En ocasiones es utilizado como plastia, de forma aislada o conjuntamente con el tendón del músculo grácil o recto interno, para sustituir al ligamento cruzado anterior mediante artroscopia.