Futbol kariyerine Erdoğduspor'da başlayan Güneş, Akçaabat Sebatspor ile profesyonel oldu ve 1972'de Trabzonspor'a katıldı. 1974'te Türkiye 2. Futbol Ligi şampiyonu olarak Trabzonspor'u en üst lige çıkardı. Trabzonspor ile 1976, 1977, 1979, 1980, 1981, 1984 yıllarında olmak üzere 6 kez Türkiye 1. Futbol Ligi şampiyonu oldu. Ayrıca 4 kez Türkiye Kupası'nı ve 6 kez Cumhurbaşkanlığı Kupası'nı kazandı. 1978-79 sezonunda 1110 dakika boyunca gol yemeyen Güneş, aynı yıl ligde sadece 6 gol yedi ve bu alanlarda Türkiye rekorunu kırdı. 1987'de efsanesi olduğu Trabzonspor'da futbolu bıraktı. Şenol Güneş aynı zaman da Trabzonspor tarihinde tüm zamanlarda resmi maçlarda 611 maçla en fazla forma giyen oyuncudur.
Antrenörlük kariyerine 1988 yılında, Trabzonspor teknik direktörü Metin Türel'in yanında yardımcı antrenör olarak başladı. Aynı yıl içinde Trabzonspor'un teknik direktörü oldu ve ligi beşinci sırada tamamladı. Daha sonra sırasıyla Boluspor ve İstanbulspor'da çalışan Güneş, 1993'te Trabzonspor'a geri döndü ve 150 maçta 2,14 puan ortalaması yakaladı. 1995'te Türkiye Kupası ve Cumhurbaşkanlığı Kupası'nı kazandı. 1997'de Trabzonspor'dan ayrıldı ve Antalyaspor ile Sakaryaspor'u çalıştırdıktan sonra, 2000 yılında Türkiye millî takımının teknik direktörü oldu. 2002 yılında Türkiye'yi 1954'ten sonra ilk kez FIFA Dünya Kupası'na götürdü ve 2002 FIFA Dünya Kupası'nda üçüncü olarak Türkiye'ye tarihinin en büyük başarısını yaşattı. Aynı başarıyı, 2003 Konfederasyon Kupası'nda üçüncü olarak tekrarladı ve kendisine Devlet Üstün Hizmet Madalyası verildi.
Güneş, 2005'te Trabzonspor'a geri döndü ve kısa bir dönem çalıştırdı. Daha sonra Güney Kore ekibi FC Seoul'un teknik direktörü oldu ve 125 maçta 1,73 puan ortalaması yakaladı. Aralık 2009'da Trabzonspor'a üçüncü kez geri döndü; 2010 Türkiye Kupası ve 2010 Türkiye Süper Kupası şampiyonu oldu. Ayrıca 2010-11 sezonunda tartışmalı bir şekilde lig ikincisi oldu. Güneş, 2014'te Bursaspor ile anlaştı ve ertesi sezon Beşiktaş'ın teknik direktörü oldu. Güneş, 2015-16 ve 2016-17 sezonlarında Beşiktaş ile Süper Lig şampiyonu oldu. 2016-17 UEFA Avrupa Ligi'nde çeyrek finale kaldı, 2017-18 UEFA Şampiyonlar Ligi grup aşamasında 14 puan toplayarak, namağlup grup lideri olarak son 16 turuna yükseldi ve bunları başaran tek Türk teknik direktör oldu. Mart 2019'da ikinci kez Türkiye millî takımının teknik direktörü oldu. 2020 Avrupa Futbol Şampiyonası'ndaki başarısız sonuçların ardından görevinden ayrıldı. Ekim 2022'de yeniden Beşiktaş'ın teknik direktörü oldu ve 13 maç yenilmezlik serisi yakaladı, sezonu 2,30 puan ortalaması ile tamamladı. 6 Ekim 2023'te Beşiktaş'tan istifa etti. 3 Eylül 2024'te beşinci kez Trabzonspor'un teknik direktörü oldu.