Saratovda anadan olmuşdu, valideynləri Nikolay Aleksandrovic və Yelena Aleksandrovna Semyonovlardır. Ailəsi atası, Semyonov Nikolay, istefada olan zabit, daha sonra məmur ömrünün sonunda isə şəxsi zadaqənlıq və dövlət müşaviri rütbəsini tutdu. Anası, Yelena Aleksandrovna, aristokrat ailədən idi. Onun atası, A. D. Dmitriyev, çar kənd qulluqçusu idi. 1921-ci ildə, Semyonov N. filoloq-romanist, Dantenin tərcüməçisi , Petroqrad universitetinin professoru M. J. Boreyş –Liverovskaya (1879–1923) ilə evləndi. O, Semyonovdan çox böyük idi, birinci nikahdan onun dörd böyük uşağı var idi. 1923-cü ildə Liverovskaya xərçəngdən vəfat etdi. 1924-cü ildə Semyonov N. N. onun qardaşı qızı, musiqi müəllimi N. N. Burtseva ilə ailə qurdu. Bu evlilikdən iki uşaq anadan oldu: oğlu Yuriy (1925-ci ildə doğuldu) və qızı Lyudmila (1928-ci ildə doğum tarixi). 1971-ci ildə Semyonov ayrıldı və Lyudmila Şerbakova ilə(öz assistenti) evləndi. Bu evlilik uşaqsız qaldı. 1913-cü ildə Nikolay Samara real məktəbini qızıl lövhəyə daxil olmaqla başa vurdu. Məktəbin 7-ci sinfində onun fizika müəllimi (1912–1913 illər) Karmilov V. İ. universitetinin məzunu, cavan Semyonovun öz həyatını elmə həsr etmə istəyini dəstəklədi və sonrakı illərdə möhkəm dostluğa çevrildi. 1913-cü ilin iyulunda Petroqrad universitetinin riyazi söbəsinin fizika-riyaziyyat fakültəsinə daxil oldu. Keçmişdə zabit olan atası ümid edirdi ki, oğlu hərbi karyeranı seçəcək və Nikolayın universitetə daxil olması ailədə narazılığa və ata oğul arasında bir neçə il davam edən yadlaşmağa səbəb oldu. Hələ ikinci kursdan başlayaraq, A. F. İoffenin rəhbərliyi altında elmlə məşğul olmağa başladı, qaz boşalmalarında elektron zərbəsinin təsirindən atom və molekulların ionlaşmasına aid bir neçə iş yerinə yetirdi. 1917-ci ildə universiteti birinci dərəcəli diplom ilə bitirdi və universitetdə professor təqaüdçü (aspirantın analoqu) kimi qaldı. 1918-ci il yazında Samaraya tətil zamanı, valideynlərinin yanına gedərkən, Semyonov Cexoslovakiya korpusunun üsyanı ilə rastlaşdı. İyulda Semyonov könüllü ağqvardiya xalq ordusuna daxil oldu. Artilleriya batareyasında at bələdçisi kimi xidmət etdi. Üç həftə xidmət etdiyindən sonra Semyonov atasının ağır xəstələnməsinin xəbərini alaraq, məzuniyyət alıb evə getdi. İki ilə qədər sentyabr 1918-ci ildən mart 1920-ci ilə qədər (arada fasilə olaraq) alim Tomsk universitetində və Tomsk Texnoloji İnstitutunda işlədi. 1919-cu ildə Semyonov kolçak ordusuna səfərbər olundu. Əvvəl Tomskartilleriya bölməsində xidmət etdi və ancaq Tomsk universitet professorlarının vəsadətlərinə əsaslanaraq radiobatalyona keçirilıdi , ondan sonra Texnoloji instituta ezam olundu və elmi tədqiqatlarını davam etdirdi. Dekabr, 1919-cu ildə Tomsk şəhərini Qızıl Ordu işğal etdi və bununla da radiobatalyon ordunun tərkibinə keçdi , Semyonov isə Tomsk komendantın sərəncamına görə xidmətdən kənarlaşdırıldı və elmi-praktiki işini davam etdirdi. May, 1920-ci ildə fiziki-texnoloji rentgenoloji institutunun yaranması ilə məşgul olan A. F. Joffedən dəvət alaraq , Semyonov Petroqrada qayıtdı və elektron hadisələri laboratoriyasının rəhbəri təyin olundu və bununla bərabər Petroqrad Politexnik İnstitutunda pedaqoji fəaliyyətinə başladı. 1922-ci ildə Fiziki-texniki İnstitutunun direktor müavini vəzifəsini tutdu. 1922-ci ildə N. N. Semyonov Pyotr Kapisa ilə birlikdə qeyri bircins maqnit sahəsində atomun maqnit anının ölçmə üsulunu təklif etdi. Eyni ildə bu üsul uğurla Otto Ştern və Valter Herlax tərəfindən inkişaf etdirilmişdir. (Stern-Herlax Eksperimenti) 1928-ci ildə Semyonov həm də Leninqrad Politexnik İnstitutunun professoru təyin olundu.1928-ci ildən 1932-ci ilə qədər fiziki-mexaniki fakültəsinin dekan müavini vəzifəsində çalışırdı və bu institutda o Moskvaya köçənəcən işlədi. 1931-ci ildə SSRİ EA –da kimyəvi -fizika institutunu yaratdı (indiki KFJ REA) və ömrünün sonuna qədər onun əzəvsiz rektoru oldu. Yaranmasından bir neçə il sonra institut Moskvaya köçürüldü. 1929-cu ildə müxbir üzv, 1932-ci ildə isə SSRİ EA-nın həqiqi üzvi seçildi. 1934-cü ildə "Kimyəvi kinetika və zəncirvari reaksiyalar" monoqrafiyasını nəşr etdirdi və zəncirvari reaksiyalarının mexanizminin varlığını əsaslandırdı. Bu mexanizm bir çox kimyəvi proseslərin, polimerləşmə reaksiyaya daxil olmaqla cavabdehdir. 1941-ci ildə, Böyük Vətən müharibəsi başlayanda , Semyonov Kazana təxliyə olunaraq yanma və partlayış problemləri ilə məşğul oldu. 1943-cü ildə kimyəvi -fizika İnstitutu ilə təxliyə edilərək Moskvaya qayıtdı. 1944-cü ildə MDU də yeni təxliyədən qayıtmışdı, Semyonov burada dərs deməyə başladı. Onu nüfuzlu institutda çox soyuq qarşıladılar və bu vəziyyət bir mənfi misal kimi A. İoffe və dörd akademiklə birlikdə V. M. Molotova 1944-cü ilin yayında məktubda göndərildiyi göstərildi. 1944-cü ildə alim MDU-in kimya fakültəsində kimyəvi kinetika kafedrasını təşkil etdi və 40 –ildən çox onun rəhbəri oldu. 1946-cı ildə P. Kapitsiya ilə birlikdə o, Moskva fiziki-texniki institutunun təsisçilərindən biri oldu, molekulyar və kimyəvi fizika fakültəsinin yaradıcısı və rəhbəri oldu. 1940–1950-ci illərdə Sovet atom layihəsində iştirak etmişdir. 1947-ci ildə Sovet İttifaqının kommunist partiyasına daxil olur, 1961-ci ildən 1966-cı ilə qədər Kommunist Partiyasının Mərkəzi Komitəsinin üzvliyinə namizəd seçildi, üç dəfə SSRİ-in Ali Sovetinə deputat seçildi. 1958-ci ildə Semyonov XII –ci Mendeleyev oxucusu oldu. SSRİ-nin EA-nın kimya elmləri şöbəsinin akademik-katib (1957–1971), vitse-prezident (1963–1971) vəzifələrini tutmuşdu. Maarifləndirici cəmiyyət olan "Elm" idarəsinin sədri olmuşdu. (1960–1963) 1981-ci ildən " Kimyəvi fizika" jurnalının baş redaktoru təyin olundu. N. Semyonov bir sıra alimlərin nüvə müharibəsi təhlükəsinə qarşı (Paquoş hərəkətı) aktiv iştirak edirdi. Semyonovun elmi məktəbinə bir sıra görkəmli fiziklər və kimyaçılar aiddir: Zeldoviç Y. B. Kondratyev V. N., Xariton Y. B., Şelkin K. İ., Emanuel N. M. və digərləri. M. Semyonov Moskvada, Novodeviçye qəbirstanlığında dəfn edilmişdir. Qəbirüstü daşının müəllifi- heykəltaraş , əməkdar rəssam V. A. Fyodorovdur.

Zəncirvari kimyəvi reaksiyalarının kəmiyyət nəzəriyyəsi, istilik partlayış nəzəriyyəsi, qaz qarışıqılarının yanması alimin əsas elmi naliyyətlərindəndir. İlk dəfə hələ 1916-cı ildə Semyonov qazların ionlaşma problemi ilə məşgul olmağa başladı: 1920-ci illərin əvvəllərində dielektriklərin qırılma mexanizmi işə məşğul olmağa başladı ki, onun da nəticəsində istilik qızılma nəzəriyyəsi yarandı. O da alovlanma nəzəriyyəsinin əsasını təşkil etdi. (1930–1940) Bu nəzəriyyənin sonrakı inkişafı öz əksini yanma və istilik partlayış nəzəriyyəsi işlərində öz əksini tapdı. Alovun yayılması, detonasiya, partlayış maddələrin yanması proseslərin, nəzərdən keçirilməsinə imkan yaratdı. 1920-ci ildə P. L. Kapitsiya ilə birlikdə müxtəlif cinsli maqnit sahəsində paramaqnit atomlar selinin meylənməsini, kənara çıxmasını hesablamışdı. 1921-ci ildə O. Stern və Herlax tərəfindən aparılan oxşar təcrübələr fəza kvantlaşma haqqında təsərrürata gətirdi. 1924-cü ildə Xariton ilə birlikdə kritik sıxlıq və kondensləşmə temperaturunu aşkar etdi. Sonralar, bir sıra maddələrin (1926–1928) oksidləşmə prosesin kimyəvi reaksiyaların gedişinin həddini müəyyənləşdirən kritik hadisələr aşkar edilmişdir. 1928-ci ildə alim tərəfindən kəşf olunmuş eksonensial sürətlənməni və sonrakı alovlanmanı xarakterizə edən şaxələnmiş reaksiyaya aid olan işlər, Semyonovun ümumi zəncirvari reaksiya nəzəriyyəsində ona daha çox şöhrət qazandırdı. 1920-ci illərin axırı 1930-cu illərin əvvəlində alim zəncirvari prosesin radikal mexanizmini göstərdi, onun bütün əsas xüsusiyyətlərini (aktivləşmə enerjinin kiçik qiyməti, zəncirin qırılmasında qarışıqların rolu) əsaslandırdı. Bu da kimyəvi proseslərinin idarə etməsi üçün geniş perspektivlər açdı. 1963-cü ildə A. Şılov ilə birlikdə yüksək temperaturda zəncirvari reaksiyalarının imkişafında energetik proseslərin sırasını təyin etdi. 1956-cı ildə zəncirvari reaksiyaları nəzəriyyəsinin inkişafına Semyanov (Siril Xinşelvud ilə) Nobel mükafatına layiq görüldü. N. N. Semyonov "Kimyəvi reaksiyalarda zəncirin energetik şaxələnmə hadisəsi" adlı elmi kəşfin müəllifidir ki, o da Dövlət kəşf reyesterində (№ 172) qeyd edilmişdir. Uzun müddət praktiki kinetik hesablamalar aparmaq üçün yeganə üsul olan Bodenşteyn kvazistasionar qatılıqlarının üsulunu təkmilləşdirdi. Bodenşteynə görə bütün aralıq hissəciklərin miqdarının dəyişmə sürəti sıfıra bərabərdirsə, Semyonov göstərdi ki, bu qayda ancaq yüksək reaksiya qabiliyyətli olan hissəciklərə (radikallar, ionlar) tətbiq olunmalıdır. Bodenşteyn-Semyonov üsulu kimyəvi kinetikanın riyazi modellərində vaxt cədvəlini ayırmaq üçün ilk cəhd idi. N. N. Semyonovun bir sıra işləri katalitik proseslərin tədqiqatlarına həsr olunmuşdu; o, ionheterogen tipli katalizi kəşf etdi, Heterogen katalizin nəzəriyyəsini qurdu (V. V. Voyevodski və F. İ. Volkenşteynlə birlikdə , 1955-ci il). N. N. Semyonovun müxtəlif elmi istiqamətlərdə əldə etmiş nəticələri praktikada özünün geniş tətbiqini tapdı.

•   — Sosialist Əməyi Qəhrəmanı (2dəfə)
•   — "Lenin" ordeni (9 dəfə)
•   — "Oktyabr inqilabı" ordeni
•   — Qırmızı Əmək Bayrağı ordeni
•   — "Lenin" mükafatı
•   — "Stalin" mükafatı
• M. V. Lomonosov adına Böyük Qızıl medalı
• Kimya üzrə "Nobel" mükafatı
• İngilis kimya cəmiyyətinin fəxri üzvü
• Hindistan Milli Elmlər Akademiyasının fəxri üzvü
• London Kral Cəmiyyəti nin xarici üzvü
• "Leopoldino" Alman Akademiyasının üzvü
• Macar Elmlər Akademiyasının fəxri üzvü
• Nyu-York Elmlər Akademiyasının fəxri üzvi
• Ruminiya Elmlər Akademiyasının fəxri üzvi
• ABŞ Milli Elmlər Akademiyasının xarici üzvi
• Bir neçə ali təhsil ocaqlarının fəxri doktoru: Oksford, Brüssel, London, Budapeşt Texniki Universitetlərin, Milan politexnik İnstitutunun və s.

1. 1990-cı ildə Rusiya Elmlər Akademiyasının Kimyəvi Fizika İnstitutu N. N. Semyonovun adını aldı.
2. Moskvanın bir küçəsinə 27 iyul 1996-cı ildə "Akademik Semyonov" adı verildi.
3. Saratovda bir küçə Semyonovun adını daşıyır.
4. Tyumendə bir küçə Semyonovun adını daşıyır.
5. 5 aprel 2019-cu ildə Moskvada, "MİFİ" Elmi-tədqiqat nüvə universitetinin ərazisində heykəltaraş A. Mironovun alimə həsr olunmuş iş abidəsi ucaldılmışdı.
6. Aeroflot aviaşirkətinin bir layneri "N. N. Semyonov" adını daşıyır.
7. Rusiya Elmlər Akademiyasının rəyasət heyətində akademik Semyonovun elmi mirasının inkişafına yönəlmiş Komissiya işləyir.

1. B. H. Koндратьев, Н. Н. Семенов (к 70 — летию со дня рождения) // УФН- 1966.- т.88, в 4
2. B. H. Koндратьев, М. А. Садовский, — Н. Н. Семенов (к 80-летию со дня рождения) // УФН.-1966. – т. 118, в 4
3. В. И. Гольданский, Н. С. Ениколонов- Н. Н. Семенов (к 90 — летию со дня

рождения) // УФН.-1986. – т. 148, в 4