1896年4月15日，谢苗诺夫出生于萨拉多夫。

少年时代受过良好的教育，早在中小学阶段，他就对物理学和化学有着浓厚的兴趣，他学习认真，成绩优异。1917年，年仅21岁的谢苗诺夫，以优异的成绩毕业于彼得格勒大学数学力学系，他是著名的苏联物理学家约飞的学生和助手。这段大学生活为他打下了良好的数学和物理学基础，也为他以后在理论化学方面的深入研究创造了条件，使他的知识结构优于一般化学家。1920年到1930年，谢苗诺夫在约飞创办的列宁格勒技术物理研究所工作，被任命为列宁格勒化学物理所所长，同时，在列宁格勒工学院兼职任教，并从1928年起担任该学院的教授。1929年，他被选为苏联科学院的通讯院士，1932年彼选为正式院士。1944年，苏联科学院化学物理所迁到了莫斯科，作为该所所长的谢苗诺夫。也同时迁居莫斯科，并担任了以罗蒙诺索夫名字命名的国立莫斯科大学的教授。谢苗诺夫1947年加入苏联***， 1961—1966年担任苏联***中央委员会候补委员，他还是苏联最高苏维埃第五、六、七次代表大会代表。从1964年起，他担任苏维埃巴古什斯克地区委员会委员。在1957一1963年，谢苗诺夫担任苏联科学院化学学部的秘书，1963一1971年，担任化学学部的副秘书长。在1960年—1963年期间，他还兼任全苏社会知识学会的理事长、他还是苏联科学院**团成员。谢苗诺夫非常成功地把研究工作、教学工作、科学团体的组织工作和社会活动紧密地结合起来，使四者互相促进、协同发展。谢苗诺夫因为在科学上的杰出贡献，曾多次获奖，许多外国科学院和科学团体把他选为院士或会员。他的专著《链式反应》和《论化学动力学某些问题和反应能力》等被各国翻译出版。这位苏联学者在全世界享有极高的声望。1956年，瑞典科学院和诺贝尔基金会，为了表彰谢苗诺夫和英国化学家欣谢乌德在化学反应动力学和反应历程研究中所取得的成就，让他两人分享了该年度的诺贝尔化学奖。谢苗诺夫是获得这种最高国际科学奖的第三位俄国学者，也是苏联建国后，第一位荣获这种奖的科学家。谢苗诺夫很早就研究化学动力学问题，1916年起他曾发表过这方面的多篇学术论文，论文中详尽地阐述了原子、分子的相互碰撞问题。此后，对化学反应动力学和化学反应历程的研究成了他科学活动的基础和中心。自从范霍夫1901年首次获得诺贝尔化学奖以后，经过了5年，这种科学的最高奖赏，重又颁发给研究化学反应动力学和化学反应历程的科学家，特别表彰了谢苗诺夫和欣谢乌德的科学贡献，说明化学反应动力学和化学反应历程一直是化学研究的重大课题。谢苗诺夫的科研工作，几乎全部用来研究化学反应历程和化学动力学问题，他对链式反应历程做了深入而全面的研究。链式反应的发现，标志着理论化学的研究进入到一个新的阶段。传统的化学，只注重反应物和产物的研究，对于反应物如何转变成产物，转变的复杂机制和过程则很少注意。德国化学家博登斯但在1913年曾提出链式反应的概念，用以解释氢和氯反应生成氯化氢的复杂过程，他认为，在这个反应过程中会生成某种“中间体”。但是，博登斯但提出的“链反应”和“中间体”说，还是一种假设和猜测。德国物理化学家能斯特在1916年，提出了氯化氢生成的链反应机理。他认为，在这个反应过程中，会形成作为“中间体”的自由基。Cl2——>2Cl·Cl· + H2 ——>HCl + H·H· +Cl2 ——> HCl + Cl·……在以上链反应提出以后，有许多学者对此进行了进一步的深入研究。例如，威加特1922年曾用实验证明了链反应的存在，1923年克拉麦斯把链式反应的机理用于光化反应的研究。但是，在1927年以前，链反应在化学上还不具有普遍的意义，它仅仅被用来解释某些个别反应。1927年以后，谢苗诺夫系统地研究了链反应机理，他在此项研究中，曾试图对反应历程进行数学描述。谢苗诺夫认为，化学反应有着极为复杂的过程，在反应过程中有可能形成多种“中间产物”。在链式反应中，这种“中间产物”就是“自由基”，“自由基”的数量和活性决定着反应的方向、历程和形式。链反应不仅有简单的直链反应，还会形成复杂的“分支”，所以，谢苗诸夫还提出了“分支链式”反应的新概念。谢苗诺夫指出，链式反应有着普遍的意义和广泛的实用价值。在理论上，谢苗诺夫广泛地研究了各种类型的链式反应，提出了链式反应的普遍模式，他还试图用这种反应机理解释新发现的化学振荡现象。在应用上，谢苗诺夫把链式反应机理用于燃烧和爆炸过程的研究，揭示出燃烧和爆炸的联系和区别。指出，燃烧是缓慢的爆炸，爆炸则是激烈的燃烧，他还指出了燃烧和爆炸的机制。