Sencer, gerek ağabeyi Berkyaruk’un, gerekse diğer ağabeyi Muhammed Tapar’ın saltanatları zamanında, devlet hizmetinde bulunarak milli birliğin temini için elinden gelen yardımı yaptı. Doğuda ortaya çıkan isyanları bastırdı. Bu esnada gösterdiği başarılar sebebiyle Horasan melikliğine tayin edilen Sencer, taht mücadeleleri dolayısıyla Selçuklu Devletinin içinde bulunduğu durumdan istifade ederek, Selçuklu topraklarına saldıran Şarki Karahanlı Hükümdarı Kadir Hanın saldırılarını bertaraf etti (Haziran 1102). Gazneliler Devletini tabi duruma soktu. Gazne’de hutbe, sıra ile; halife, sultan, sonra Melik Sencer ve nihayet Gazne sultanı Behramşah adına okundu (1118).
Sencer, ağabeyi Berkyaruk’un vefatından sonra sultan olan diğer ağabeyi Muhammed Tapar ile de samimi ve gösterişsiz münasebetlerini devam ettirdi. O, doğu bölgelerinde siyasetini icra ederken, Sultan Muhammed batı ile ilgileniyordu. Yani Sultanla müstakbel sultan birbirini tamamlıyorlardı.
Babası Melikşah’ın siyasetini takip eden Sencer, Horasan’dan itibaren, devletin doğusunda Selçuklu düzenini yeniden kurdu. Böylece Selçuklu Devleti, doğudan emin olarak batıda mücadelelerine devam etti.
Muhammed Tapar’ın ölümü üzerine (18 Nisan 1118), henüz küçük yaşta bulunan oğlu Mahmud, devlet erkanı tarafından, Büyük Selçuklu Devleti tahtına çıkarıldı. Diğer taraftan Sencer de Horasan’da kendisini sultan ilan etti (14 Haziran 1118) ve sultanlığını halifeye tasdik ettirdi. Sencer’in tek başına Büyük Selçuklu Sultanı olabilmesi için, tahta çıkarılan Mahmud’un bertaraf edilmesi lazımdı. 14 Ağustos 1119’da Save’de amca-yeğen arasında yapılan savaş, Sencer’in galibiyetiyle neticelenince Sencer, Büyük Selçuklu sultanı oldu. Devletin merkezi, Irak-ı Acem’den Horasan’a nakledildi.
Mahmud’la yapılan anlaşmaya göre, Rey, Sencer’de kalmak üzere, imparatorluğun batı tarafları Mahmud’a verilecekti. Ancak Mahmud, hem sultan unvanını koruyacak, hem de Sencer’e tabi olacaktı. Böylece Irak Selçukluları Devleti kurulmuş oldu. (Bkz. Irak Selçukluları)
Sencer, 1113’te Semerkant’a, 1114’te Gazne ve Gurlular üzerine sefer yaparak, bölgede hakimiyetini kurdu. Ayrıca Irak, Âzerbaycan, Taberistan, İran, Sistan, Kirman, Harezm, Afganistan, Kaşgar ve Maveraünnehir’de hakimiyet kurdu. Uzun zaman saltanat mücadeleleri geçiren devleti, yeniden tanzim etti. Âdeta, devleti yeniden kuran Sencer, idareci kadroyu da yeniden tayin etti. Irak-ı Acem’in yarısı ile Gilan bölgesini Şehzade Tuğrul’a; Fars eyaletiyle, İsfehan ve Huzistan’ın yarısını ise Selçuk Şaha verdi. Kendisi de Sultan-ül-a’zam unvanını aldı. Diğerleri ona tabi oldular.
Bu birlik bir müddet böyle devam etti. Fakat Halife Müsterşit ile bir ittifak kuran Mahmud, amcasına isyan hazırlıklarına başladı. Bunu haber alan Sencer, Mahmud’un üzerine yürüdü. 26 Mayıs 1132’de yapılan Dinever Savaşı, Sencer’in galibiyetiyle neticelendi. Sencer, yanında getirdiği diğer yeğeni (Mahmud’un küçük kardeşi) Tuğrul’u, Irak Selçukluları tahtına çıkardı ve ona bazı tenbihlerde bulunarak geri döndü.
Daha sonra Karahanlıların isyanını bastıran Sencer, 1136’da Gazneliler ve 1141’de Harezm’in isyanını bastırdı. 1141’de gayrimüslim Karahitayların, Karahanlılara hücumuna mani olmak isterken, Semerkant yakınlarındaki Katavan sahrasında Karahitaylara mağlup olması, uzun süren saltanatının dönüm noktası oldu ve onu son derece telaşa düşürdü. Belh’i kaybetti.
Sencer’in bu mağlubiyeti, gerek Müslüman, gerekse Hıristiyan dünyasında büyük akisler yaptı. Mağlubiyeti fırsat bilen Harezmşah Atsız, Horasan ve Sencer’in payitahtı Merv’i istila etti ve hazineleri alıp götürdü. Sencer’in, Harezm’e sefer yapacağını öğrenen Atsız, ona karşı meydan muharebesi vermeyi göze alamadı, tekrar itaatini arz edince affedilerek hazineleri iade etti. Bu uzlaşma, hiçbir şeyi halletmedi ve Sencer, Atsız’ı ikna etmek üzere meşhur şair Edib Sabir’i elçi gönderdi. Atsız, tertip ettiği bir suikastla Edib Sabir’i öldürtünce, Sencer, üçüncü defa Harezm’e sefer yapmaya mecbur oldu (1147). Sencer, payitaht kapılarına dayanınca, Atsız af dilemek üzere elçi gönderdi. Sultan yine affetti.
Bu esnada, Sencer’in kumandanlarından Kumac, bağımsızlık ilan eden Gur Sultanı Alaeddin Hüseyin Cihansuz’a yenilmişti. Sultan Sencer, Gurlulara karşı sefer hazırlıkları yaparken, Gurlular, Gaznelilerle savaşa tutuştu. Neticede Gazneliler, kesin yenilgiye uğradı ve Behramşah Hindistan’a kaçtı. Gaznelilerin başkenti, Gur hükümdarı Alaeddin Hüseyin Cihansuz tarafından yerle bir edildiği sırada, Sultan Sencer de, Gurlulara haddini bildirmek için yola çıkmıştı. Haziran 1152’de yapılan savaşta Gurlular mağlup ve hükümdarları da esir edildi. Gur idaresi, tekrar Alaeddin Cihansuz’a verildi. Sencer, Katavan sahrasındaki yenilgiden beri, ilk defa büyük bir zafer kazanmış ve tekrar itibarını yükseltmişti.
Fakat, bu defa Oğuzlarla, Selçuklu emirleri arasındaki ayrılık büyüdü ve bir kısım emirlerin ısrarı üzerine, Oğuzlarla Belh vilayeti içinde savaşa mecbur oldu (Mart ve Nisan 1153). Savaş, Selçuklu ordusunun mağlup olmasıyla sonuçlandı. Sultan esir düştü. Tabi bulundukları Selçuklu Devletinin büyük sultanını esir alan Oğuzlar, beklemedikleri bu neticeden sonra, birden bire kendilerini devletin başında buldular. Esir Sultan’ı Tahta oturtuyor, gereken saygıyı gösteriyor; fakat gece de demir bir kafese koyuyorlardı. Her ne kadar Sencer, aralarında esir sıfatıyla bulunmuşsa da, kendilerinden birini sultan yapmayarak, esir hükümdarı tahta oturtup saygı göstermeleri; Oğuzların, Büyük Selçuklu Devletini devam ettirmek istediklerini gösteriyordu. Fakat Büyük Sultan, Oğuzların elinde esaret altında hükümdar olmaktansa, tahtı terk etmeyi tercih etti. Merv hankahına kapandı. Yine esaret devam ediyordu. Üç yıl süren esirlik hayatında çok sıkıntılar çekti. Kumandanlarından Kumac’ın torunu Mueyyed Ayaba tarafından, Oğuz muhafızları kandırılarak, Nisan 1156’da kurtarıldı.
Ancak kurtuluşundan bir yıl sonra, 29 Nisan 1157 senesinde vefat ederek, Merv’de kendi yaptırdığı türbesine defnedildi. Vefatında, 91 yaşındaydı.
Kırk yıl süren saltanatı boyunca Sencer, doğu ve batı olmak üzere iki cepheli bir siyaset takip etmiştir. Fakat siyasetinin ağırlık noktasını hep doğu teşkil etmiştir. Önce batıyı tanzime uğraşan Sencer, burada bir türlü istediğini yapamamıştır. Çünkü hadiseler onu doğuya çekerken, batı tamamen ihmal edilmiştir. En ufak bir bahaneyle hep doğuya hareket eden Sultan’ın, bunda ne kadar haklı olduğunu, Katavan Savaşı ve Oğuz isyanının doğuda patlak vermesi göstermiştir.
Sencer zamanında halk refah içindeydi. Mevcut nizamı bozmak için ortaya çıkan Batınilik ve İsmaililik cereyanı, devlet tarafından alınan bütün tedbirlere rağmen, cahiller arasında yayılmaya devam etmiş, kaleden kaleye sıçrayarak, bir taraftan Suriye’ye, diğer taraftan devletin belkemiği olan Horasan’a doğru yayılmıştı. Her tarafta bir tedhiş hareketi almış başını gidiyordu. Fakat Sultan, saltanat mücadeleleri, iç karışıklıklar ve doğudan gelen saldırılar sebebiyle, onlarla yeteri kadar ilgilenemedi.
Sencer devrinin en büyük alimi, İmam-ı Gazali hazretleridir.
Babası Melikşah devrinde de bulunmuş olan İmam-ı Gazali hazretleriyle Sencer’in münasebetleri meşhurdur. Ahmed Namık-i Cami ile de münasebeti olan Sencer, alim ve şairleri sarayından eksik etmezdi. Bunun neticesi olarak, uzun süren saltanatı zamanında Sultanın teveccühüne mazhar olan pek çok alim, sanatkar, tabip yetişmiştir. Allah adamlarının yanında bulunmaktan hoşlanan Sultan Sencer, onların nasihatlerini can kulağıyla dinler, hata yaptığında ikaz etmelerini rica ederdi. Kim olursa olsun kendisine yapılan şikayeti sabırla dinler, adaleti yerine getirirdi.
Sultan Sencer’in teşvikleriyle Horasan, bütün İslam dünyasına ve bu arada Anadolu’ya devamlı şekilde din ve ilim adamı sevk eden bir merkez olmuştu. Sencer zamanında Selçuklu devlet teşkilatı da en sağlam halini almıştı.
Sencer, daha sağlığında, babası Melikşah kadar büyük bir hükümdar sayılmıştır. Ölümünden sonra da kaynaklarda yine Melikşah ile birlikte, örnek hükümdar olarak gösterilmiştir.
Hadis-i şerif rivayet edebilecek kadar ileri derecede ilim sahibi olup, hadis alimleri arasında sayılmıştır. Farsça şiirler yazdığı da bilinmektedir.
Daha hayattayken Merv’de yaptırdığı türbesi, büyük bir sanat eseri olup, devrinin medeniyeti hakkında fikir vermeye yeter.