Советский физик и физикохимик, академик АН СССР. Родился в Саратове.Окончил Петроградский университет (1917).В 1918-1920 работал в Томском университете,1920-1931-в Петроградском (Ленинградском)физико-техническом институте, одновременно с 1928 профессор Ленинградского политехнического института.С 1931 директор хим.физики АН СССР, одновременно с 1944 проф. Московского университета. В 1957—1971 акад.-секретарь Отд. хим. наук АН СССР, в 1963—1971 вице-президент АН СССР.

Исследования относятся к учению о хим. процессах. В первых рабо­тах (1916—1925) получил данные о явлениях, вызываемых прохожде­нием электрического тока через газы, об ионизации паров металлов и солей под действием электрон­ного удара и о механизме пробоя диэлектриков. Разработал основы тепловой теории пробоя диэлектри­ков, исходные положения которой были использованы им при созда­нии (1940) теории теплового взры­ва и горения газовых смесей. На основе этой теории вместе с уче­никами развил учение о распро­странении пламени, детонации, го­рении взрывчатых веществ и порохов. Его работы по ионизации паров металлов и солей легли в основу соврем, представлений об элемен­тарном строении и динамике хим. превращения молекул. Изучая окисл. паров фосфора, в сотрудни­честве с Ю. Б. Харитоном и 3. В. Вальтой открыл (1926—1928) пре­дельные явления, лимитирующие хим. процесс,— «критическое дав­ление», «критический размер» реак­ционного сосуда и установил пре­делы добавок инертных газов к реакционным смесям, ниже кото­рых реакция не происходит, а выше которых идет с огромной ско­ростью. Те же явления обнаружил (1927—1928) в реакциях окисл. водорода, оксида углерода (II) и др. веществ. Открыл (1927) новый тип хим. процессов — разветвленные цепные реакции, теорию которых впервые сформулировал в 1930— 1934, показав их большую рас­пространенность. Доказал экспери­ментально и обосновал теорети­чески все наиболее важные представления теории цепных реакций: о реакционной способности свободных атомов и радикалов, малой энергии активации реакций, сохраняемости свободной валент­ности при взаимодействии радика­лов с молекулами, о лавинообраз­ном наращивании числа свободных валентностей, об обрыве цепи на стенках и в объеме сосудов, о воз­можности вырожденных разветвле­ний, о взаимодействии цепей. Ус­тановил механизм сложных цепных реакций, изучил свойства свободных атомов и радикалов, осуществля­ющих их элементарные стадии. На основании выдвинутой теории не только объяснил особенности протекания хим. реакций, но и пред­сказал новые явления, обнаружен­ные впоследствии эксперименталь­но. Теория разветвленных цепных реакций, пополненная им и А. Е. Ши­ловым в 1963 положением об энер­гетическом цепном разветвлении, позволила управлять хим. процес­сами: ускорять их, замедлять, подавлять вовсе, обрывать на лю­бой желаемой стадии (теломеризация). Осуществил (1950—1960) большой цикл работ в обл. как гомогенного, так и гетерогенного катализа, в результате чего открыл новый тип катализа — ионно-гетерогенный. Совм. с В. В. Воеводским и Ф. Ф. Волькенштейном развил (1955) цепную теорию гетероген­ного катализа. Школой Семенова выдвинуты статистическая теория каталитической активности, теория топохимических процессов и крис­таллизации. На основе теорети­ческих представлений, развитых школой Семенова, впервые осу­ществлены многие процессы — из­бирательное окисл. и галондирование углеводородов, в частности окисл. метана до формальдегида, строго направленная полимериза­ция, процессы сгорания в потоке, разложения взрывчатых веществ и т. д. Главный редактор журн. «Химическая физика» (с 1981). Председатель правления Всес. общества «Знание» (1960—1963). Член. мл. акад. наук и научных обществ.

Дважды Герой Социалистического Труда (1966, 1976). Ленинская премия (1976), Государственная. премии СССР (1941, 1949). Золотая медаль им. М. В. Ломо­носова АН СССР (1970). Нобелевская премия (1956, совм. с С. Н. Хиншелвудом).