Nikolai Nikolaevic Semenov dilahirkan di Saratov, Rusia, pada tanggal 3 April 1896. Dia lulus dari Petrograd University pada tahun 1917, dan pada tahun 1920 dia mendapatkan tugas dari Electron Phenomena Laboratory, Leningrad Physico-Technical Institute. Dia mengajar di Polytechnical Institute dan diangkat sebagai profesor pada tahun 1928. Pada tahun 1931, dia menjadi Direktur Institute of Chemical Physics of the U.S.S.R. Academy of Sciences, yang menjadikannya pindah dari Leningrad ke Moskow. Pada tahun 1944, dia ditunjuk menjadi profesor di Moscow State University. Setelah kematiannya pada tahun 1986, instutut tersebut kemudian diubah nama menjadi N. N. Semenov Joint Institute of Chemical Physics.

Dia mengkaji mekanisme trasformasi kimia termasuk analisis yang mendalam mengenai aplikasi teori rantai untuk berbagai reaksi, terutama proses pembakaran. Dia mengusulkan teori degenerate branching yang menjadikannya lebih mudah memahami fenomena yang berkaitan dengan periode induksi proses oksidasi. Selain itu, dia memberikan kontribusi yang sangat berharga pada bidang fisika molekuler dan juga meneliti fenomena elektron, dielectric breakdown, dan propagasi gelombang eksplosif.

Pada tahun 1956, dia berbagi Nobel Prize dengan Cyril N. Hinshelwood untuk riset mereka mengenai mekaniame reaksi kimia.

Dia menulis dua buku di bidang kinetika kimia. Yang pertama, Chemical Kinetics and Chain Reactions dipublikasikan untuk pertama kalinya tahun 1934 dan dengan edisi bahasa Inggris pada tahun 1935. Buku yang kedua, Some Problems of Chemical Kinetics and Reactivity, pertama kali dipublikasikan tahun 1954, di revisi tahun 1958 dengan edisi bahasa Inggris, Jerman dan Cina.

Dia menjadi anggota korepondensi U.S.S.R. Academy of Sciences pada 1929 dan menjadi akademisi pada 1932 dan digelari lima Orders of Lenin dan Order of Red Banner of Labour oleh Pemerintah Soviet. Dia menjadi anggota Chemical Society, London, anggota Asing Royal Society of London, dan anggota asing American, Indian, German, and Hungarian Academies of Sciences. Dia digelari Doktor Kehormatan dari Universitas Oxford dan Brussels.

Dia menikahi Natalya Nikolaevna Semenova, dan mereka memiliki seorang anak perempuan dan seorang anak laki-laki. Dia meninggal pada tanggal 25 September 1986.

---