2006 yılında, henüz 15 yaşını doldurmamışken Deniz Akkaya ile Top Model Türkiye yarışma programına katıldı ve ikinci oldu. 2007 yılında Best Model of Turkey yarışmasında "Türkiye'nin en iyi modeli" seçilen Kuyucuoğlu, aynı yıl düzenlenen Best Model of the World yarışmasına Türkiye adına katıldı ve "Dünyanın en iyi ikinci modeli" seçildi.

Kuyucuoğlu, modellik yarışmalarında elde ettiği derecelerin ardından kariyerine devam etti. Çeşitli defile ve organizasyonlarda yer aldı. 2009'un Mart ayında Fashion One TV'nin ekran yüzü olan Kuyucuoğlu, yine aynı kanalda Moda Polisi adlı moda programını sundu.

Nisan 2009'da katıldığı Miss Turkey 2009 yarışmasında 2. olan Senem Kuyucuoğlu, Türkiye'yi Kâinat Güzellik Yarışması'nda (Miss Universe) temsil etme hakkını elde etti. 24 Ağustos 2009'da Bahamalar'da yapılan Kâinat Güzellik Yarışması öncesi rahatsızlanan Kuyucuoğlu, podyuma iğne olarak çıkarak Türkiye'yi temsil etti ancak dereceye giremedi.

Güney Afrika Cape Town tatilinde çekilen fotoğraflarıyla gündeme gelen manken, uyuşturucu bağımlılığı nedeniyle tedavi gördü.