Sensi is afkomstig uit de jeugd vanAC Cesena. Op 28 november 2012 debuteerde hij in deCoppa Italia tegenAtalanta Bergamo. Tijdens het seizoen 2013/14 en het seizoen 2014/15 werd hij verhuurd aanSan Marino Calcio. Op 5 september 2015 debuteerde Sensi in het shirt van Cesena in deSerie B tegenBrescia.[3] Zijn eerste competitietreffer volgde op 3 oktober 2015 tegenLivorno.[4] In januari 2016 legdeUS Sassuolo vijf miljoen euro op tafel voor de handtekening van de verdedigende middenvelder. Hij maakt het seizoen af bij AC Cesena.
Sensi speelde in Italië –17 en Italië –20.[1] Hij debuteerde op 20 november 2018 in hetItaliaans voetbalelftal, in een met 1–0 gewonnen oefeninterland tegen deVerenigde Staten. Seni maakte in zijn tweede interland zijn eerste doelpunt voor het nationale elftal. Hij zorgde toen met een kopbal voor de 1–0 in een met 6–0 gewonnen EK-kwalificatiewedstrijd thuis tegenLiechtenstein.