7-5, 6-7, 6-2 vandt den 28-årige ukrainer på Centre Court.
Med til historien hører dog, at Svitolina tidligere har været nummer tre i verden, men nu er på vej tilbage mod toppen, efter at hun har holdt pause på grund af blandt andet graviditet og rygproblemer.
22-årige Swiatek, der har vundet French Open tre gange og Australian Open en gang, forsætter dermed sin noget kedelige statistik på Londons græs.
Det er hendes fjerde optræden i turneringen, og årets kvartfinale er indtil videre hendes bedste resultat.
Allerede i andet sæts tiebreak var Swiatek på vej ud. Bagud 1-4 kæmpede hun sig dog tilbage, men i tredje sæt var klasseforskellen udtalt, og Svitolina triumferede.
Hun er dermed i sin anden semifinale i Wimbledon. I 2019 tabte hun til den senere vinder, Simona Halep, i den sidste kamp før finalen.
I sin semifinale møder Svitolina den 24-årige Marketa Vondrousova, der lavede en mindre overraskelse i sin kvartfinale.
Her slog den useedede tjekke, der er nummer 42 i verden, den fjerdeseedede amerikaner Jessica Pegula 6-4, 2-6, 6-4.