Formé à Servette, Senderos a fait sa première apparition en LNA le 24 février 2002 au Letzigrund, contre le FC Zurich. Rapidement, les qualités athlétiques du Genevois impressionnent, notamment lors de l’Euro M17 de 2002 qui avait vu la Suisse conquérir le titre et au cours duquel le défenseur avait brillé, comme par exemple en demi-finale face à un certain Wayne Rooney.

Libre de tout contrat, il avait alors rejoint Arsenal en 2003, pour un dédommagement de formation estimé à 1,5 mio d’euros, soit dix fois moins que le prix de son passage en Italie. Propulsé sur le devant de la scène, il bénéficie durant ses premières saisons à Londres de la confiance d’Arsène Wenger et du manque de centraux dont souffrent les Gunners.

Il participe à l’épopée de Ligue des champions qui voit Arsenal si hisser en finale contre Barcelone en mai 2006. Une finale perdue que Senderos n’a pas disputée. A son palmarès à Arsenal figurent un titre de champion (2004), un Community Shield (2004) et une FA Cup (2005).