Italienskan Cristiana Girelli, 30, gjorde matchens enda mål på straff redan efter tolv minuter.
Första halvlek var spelmässigt jämn, men i den andra tog Milan över fullständigt. De hade många chanser att kvittera då bland annat Valentina Bergamaschi, lagkaptenen Valentina Giacinti och Deborah Salvatori Rinaldi hade lägen.
Men Juve-försvaret, med Sembrant i spetsen, red ut stormen och tog tre nya poäng.
”En kväll på San Siro. En kväll att minnas. Det här lagets hårda arbete ledde oss till segern. Nu blir det återhämtning innan vi börjar förberedelserna för nästa vecka”, skriver Sembrant på Twitter.
Lina Hurtig debuterade för Turin-klubben när hon ersatte målskytten Girelli i den 82:a minuten.
Juventus, som har vunnit ligan tre år i rad, leder Serie A med fyra raka segrar. Förlusten var Milans första den här säsongen.