İstanbul Kız Muallim Mektebi'ni (Çapa Kız Öğretmen Okulu) birincilikle bitirdikten sonra, 1927 yılında Maarif Vekâleti tarafından açılan sınavı kazanarak Fransa'ya gönderildi ve Beauvais şehrinde Kız Öğretmen Okulu'nda iki sene öğrenim gördü. 1929'da Cenevre Üniversitesi'ne bağlı Institut des Sciences de I'Education'da (Eğitim Bilimleri Enstitüsü) deneysel psikoloji, deneysel eğitim ve çocuk psikolojisi dallarında sertifika aldı. Ayrıca çocuk psikolojisi alanında Çocukta Sayı Kavramının Doğuşu konusundaki teziyle de diploma aldı. 1932-33 eğitim öğretim yılında Edirne Kız Öğretmen Okulu'na öğretmen olarak tayin edildi. Burada bir yıl çalışmasının ardından 1934 yılında doktora öğrenimini yapmak üzere yeniden Cenevre Üniversitesi J.J. Rousseau Enstitüsü'ne gitti ve L'Education de la Femme en Turquie adlı tezini hazırlayarak 1936 yılında doktora derecesini aldı.
Aynı yıl İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi'nde açılan Pedagoji Enstitüsü'nde asistan olarak göreve başladı ve 1942 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ne gitti, değişik üniversitelerde bir yıl süren araştırmalar yaptı. 1942 yılında Ordu Alfa Testleri çalışmalarıyla doçentliğe yükseltildi. Refia Uğurel Şemin 1942'de Ordu Alfa testlerini Türkçe'ye çevirerek İstanbul Üniversitesi'nde ve liselerde uyguladı. Pedagoji Kürsü başkanı oldu ve burada yürütülen araştırma ve öğretim çalışmalarının devam etmesinde önemli rol oynadı. 1957 yılında profesör oldu.
Şemin, Sadrettin Celal Antel'in 1951-53 yılları arasında başlattığı üniversiteye öğrenci seçmek için ilk defa bilginin dışında zihinsel yeteneklerin de ölçülmesine dayalı olan iki bölümlü testlerin düzenlenmesi ve geliştirilmesi çalışmalarını 1960 yılına kadar yedi yıl süreyle yürütmüştür. Bu uygulama aynı zamanda Türkiye'de liseyi bitiren öğrencilerin üniversiteye yerleştirilebilmeleri için düzenlenen sınavların başlangıcını oluşturmaktadır. Ayrıca 1957 yılında üniversitelerde öğrenci servislerinin (rehberlik ve psikolojik danışma büroları) kurulması konusunda bir önerinin hazırlanmasında öncü olmuş ve bu konunun önemine ilk olarak o dikkat çekmiştir.
Şemin 1972'de altı yaş öncesi çocuklar için kullanılabilecek tek zekâ testi olan Stanford-Binet testini Türk dil ve kültürüne uyarlayarak standardize etmiştir. Ayrıca Wechsler çocuklar için zekâ ölçeğini (WISC) 1970'te Türkçe'ye çevirmiş ve standardizasyonunu yapmıştır. Bu testin 1974'te revize edilmiş (WISC-R) formu, İ. Savaşır ve N. Şahin tarafından tekrar Türkçe'ye uyarlanmıştır. Özellikle Stanford-Binet, WISC ve WISC-R ilk standardize edildikleri dönemden günümüze halen eğitim, psikoloji, psikiyatri, nöroloji alanlarındaki uygulamalarda, araştırmalarda ve lisansüstü çalışmalarda en sık kullanılan zekâ testleridir.
1954 yılından sonra okul öncesi eğitim konusunda çalışmalar yapan Şemin, pedagoji öğrencilerinin uygulama yapmalarını sağlamak için 1959 yılında bir anaokulunun açılmasına öncülük etmiştir. Ayrıca okul öncesi eğitimi alanında yapılan çalışmalara katkı sağlamak amacıyla Okulöncesi Derneği'nin kurulmasında önemli rol oynamıştır.
Öğrencilerin zekâ seviyelerine göre okullara yönlendirilmelerini ve bu amaçla okul psikologluğu mesleğinin ihdas edilmesi gerektiğini savunmuş ancak Millî Eğitim Bakanlığı ile yaptığı görüşmelerden bir netice alamamıştır. Bunun üzerine Pedagoji Enstitüsü'nde adapte edilen Kaliforniya Olgunluk Testi'nin öğretmenlere gösterilmesi için İstanbul Millî Eğitim Müdürlüğü'ne başvurmuştur. Bakanlığın onayı ile seksen ilkokul öğretmenine bu konuda seminerler düzenlenmesini sağlamış ve böylece zekâ düzeyinin belirlenmesi problemine büyük bir ilgi uyandırmıştır. Ayrıca 1957 yılında üniversitelerde öğrenci servislerinin (rehberlik ve danışma büroları) kurulması konusunda bir önerinin hazırlanmasına öncü olarak bu konuya dikkat çekmiştir.
Şemin, 1966 yılında eğitim bilimleri alanında İstanbul Üniversitesi bünyesinde yeni bir fakültenin açılması için bir plan hazırlamıştır. Bu plan, o zaman hayata geçirilememiş olsa da daha sonra Ankara Üniversitesi bünyesinde açılan Eğitim Fakültesi'nin yapılandırılmasında önemli olmuştur.
Şemin'in Pedagoji Bülteni ve Tecrübi Pedagoji ve Çocuk Psikolojisi Bülteni adındaki dergilerin çıkmasında ve yayınını sürdürmesine de önemli katkıları olmuştur. Zekâ, çocuk ve gençlik üzerine pek çok kitap yazmıştır. Ordu Alfa Testleri (1943); Zihin Seviyesi Nedir? (1945), Çocukta Ahlaki Davranış ve Ahlaki Hüküm (1954), Gençlerimizin Psiko-pedagojik Problemleri (1964), Karakter Formasyonu (1968), Zekanın Değerlendirilmesi (1972), Eğitim ve Öğretim Problemlerimiz (1973), Okulda Başarısızlık (1975), Gençlik Psikolojisi (1980) yazdığı temel kitaplardır. Bunlar yanında J. Piaget'den Çocukta Dünya Tasarımı (1988), C.I. Sandström'dan Çocuk ve Gençlik Psikolojisi (1982) eserlerini Türkçe'ye çevirerek literatüre kazandırmıştır. Üniversitede görev aldığı süre boyunca pek çok makale yayımlamış ve birçok teze danışmanlık yapmıştır.
Şemin, VI (1957) ve VII. (1962) Eğitim şûralarına iştirak etmiştir. Türkiye'deki eğitim bilimleri çalışmalarında önemli katkıları olan başta Haluk Yavuzer, Norma Razon, Ayla Oktay ve Ümit Davaslıgil olmak üzere birçok bilim insanının yetişmesinde rol oynamıştır. Adı geçen bilim insanları yoluyla suçlu çocuklar, okul olgunluğu ve mesleğe yöneltme gibi konuların pedagoji alanına uygulamalı olarak girmesinde yönlendirici olmuştur. İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Pedagoji Bölümü'nde zekâ testlerinin Türkiye'ye kazandırılması, geliştirilen ölçme ve analiz teknikleri ile çocuğun ve gencin tanınması amacıyla yaptığı çalışmalarla Türkiye'de pedagojinin gelişmesinde de öncü bir rol üstlenmiştir.