Родился 21 апреля 1918 года в селе Мокша (сейчас Большеглушицкий район, Самарская область) в семье педагогов.
После окончания средней школы поступил в школу фабрично-заводского обучения при Самарском трамвайном парке, в 1931 году окончил её. Работал слесарем в трамвайном парке Самары, вскоре окончил школу-десятилетку. В 1935 году поступил в Уральский индустриальный институт.
После окончании института получил специальность инженера-электрика, был направлен на работу в Кривой Рог. На местном заводе был сначала начальником смены, затем - заместителем начальника цеха.
В РККА с 1941 года. Окончил курсы подготовки командного состава, затем служил на Ленинградском и 2-м Прибалтийском фронтах. Занимал должности командира роты, начальника связи стрелкового полка, помощника начальника связи 142-й стрелковой дивизии. Неоднократно проявлял отвагу и мужество, был отмечен орденами.
После войны вышел в запас, работал дежурным инженером, заместителем начальника цеха Красногорской теплоэлектроцентрали в городе Каменск-Уральский.
В 1948 году по решению Совмина СССР был направлен в Челябинск-65, на завод № 817. С 1 августа 1948 года - дежурный инженер-электрик объекта, затем - заместитель начальника смены, вскоре начальником смены. В 1950 году стал главным инженером реактора А, с начала августа - главный инженер реактора АВ-1. В ноябре 1952 года был назначен начальником реактора АВ-1.
Указом Президиума Верховного Совета СССР в 1952 году Семёнову присвоено звание Героя Социалистического Труда.
В 1952 года стал заместителем главного инженера комбината по реакторам, с 1957 года - главный инженер завода. В 1957 году участвовал в ликвидации последствий радиационной аварии в хранилище радиоактивных отходов завода «Маяк». Благодаря грамотным действиям удалось предотвратить более серьёзную катастрофу.
17 марта 1960 года Семёнов стал директором химического комбината «Маяк».
Под руководством Семёнова были введены в строй новые цехи по выпуску металлического урана и плутония, комплекс по производству радиоактивных изотопов, установка для испытания оборудования, используемого на АЭС. Была организована переработка отходов производства, налажен выпуск продукции, применяемой в космических исследованиях, производство источников гамма-излучения.
Благодаря усилиям Семёнова было начато строительство первой новейшей установки по разделению урановых и плутониевых изотопов.
В 1971 году был назначен на должность 1-го заместителя министра среднего машиностроения СССР. Под его руководством велось строительство Ленинградской атомной электростанции.
Избирался делегатом XXII съезда КПСС, был депутатом Верховного Совета РСФСР, членом областного и городского комитетов КПСС.
Скончался 28 января 1982 года в Москве.