Kemboi deed nooit aan atletiek, totdat hij van school afkwam en gelijk in 2001 op de 3000 m steeple het Afrikaans jeugdkampioenschap won. In 2002 finishte hij op dit onderdeel als tweede op de Gemenebestspelen achter landgenoot Stephen Cherono. In datzelfde jaar werd hij vierde op de Afrikaanse atletiekkampioenschappen, maar kreeg later alsnog het brons toebedeeld, toen bleek dat bronzenmedaillewinnaar Brahim Boulami uit Marokkodoping had gebruikt.
Op de wereldkampioenschappen van 2003 in Parijs ontstond op de 3000 m steeple een heftige strijd tussen Kemboi en zijn voormalige landgenoot Saif Saaeed Shaheen, die zijn nieuwe land Qatar vertegenwoordigde. Kort voor de finish kwam Shaheen langszij en won met minder dan één seconde voorsprong. Kemboi won in 2003 bovendien goud op de Afrikaanse Spelen.
Olympisch goud
Zijn concurrent Shaheen mocht niet meedoen aan de Olympische Spelen van 2004 in Athene, omdat het Keniaans Olympisch Comité had besloten de driejarige stop voor atleten die van nationaliteit waren gewisseld, aan te houden. Kemboi werd hierdoor de grote favoriet op deze Spelen. De wedstrijd ging zoals voorspeld. De drie Kenianen Kemboi, Brimin Kipruto en Paul Kipsiele Koech namen vanaf de tweede ronde het voortouw en lieten al snel de rest van het veld achter zich. Kemboi won goud met 0,3 seconde voorsprong op Kipruto.
Een jaar later op de WK in Helsinki werd Kemboi verslagen door Shaheen en won het zilver. Hij compenseerde dit verlies met een overwinning in maart 2006 op de Gemenebestspelen in Melbourne. Later dat jaar finishte hij op de 3000 m steeple als tweede op de Afrikaanse kampioenschappen, maar werd gediskwalificeerd wegens het onjuist passeren van de horden.
Eerste wereldtitel
In 2007 overkwam hem op de WK in Osaka hetzelfde als twee jaar eerder in Helsinki; ditmaal werd hij op de 3000 m steeple verslagen door zijn landgenoot Brimin Kipruto. Een jaar later nam Kemboi deel aan de Olympische Spelen in Peking, waar hij in een voor zijn doen matig optreden op de 3000 m steeple als zevende eindigde. Met zijn overwinning op de 3000 m steeple tijdens de WK in Berlijn poetste hij zijn wat geschonden imago vervolgens weer op, maar bij de Afrikaanse kampioenschappen het jaar daarna moest hij in bronzenmedaillewinnaar Richard Mateelong zijn meerdere erkennen en restte hem het zilver. Aan het eind van dat jaar nam hij deel aan enkele wegraces in Italië. Hij won er na een spannende finish met Peter Some de Corribianco race in Bianco, evenals de 8,5 kilometer lange wegrace Amatrice-Configno.
Unieke reeks
Na de vier WK's waarop hij op de 3000 m steeple achtereenvolgens driemaal zilver en eenmaal goud had veroverd, slaagde hij er in die van 2011 tot en met 2015 in om zijn in 2009 veroverde titel telkens te prolongeren. Hierdoor werd hij de eerste atleet die zeven medailles kon rapen op een WK atletiek in een en dezelfde discipline.[1] Ertussenin won hij ook nog een tweede maal olympisch goud in 2012 in Londen.
Privé
Kemboi's manager is Enrico Dionisi. Sinds 2002 is hij de eigenaar van een boerderij ter grootte van 20 ha bij Moi's Bridge in het Trans-Nzoia district. Sinds 2009 wordt hij getraind door Moses Kiptanui, die tevens zijn buurman is.
Hij is getrouwd met Jane Kemboi (huwelijk 2002) en heeft twee zoons.
In 2012 was zijn deelname aan de Spelen in Londen enige tijd onzeker, omdat er sinds juni een aanklacht van een vrouw tegen hem liep die beweerde, dat hij haar had gestoken nadat zij zijn seksueel getinte avances had geweigerd.[2]
Titels
Olympisch kampioen 3000 m steeple - 2004, 2012
Wereldkampioen 3000 m steeple - 2009, 2011, 2013, 2015
Afrikaanse Spelen kampioen 3000 m steeple - 2003
Gemenebestkampioen 3000 m steeple - 2006
Keniaans kampioen 3000 m steeple - 2003, 2006, 2007