Nikolay Nikolayevich Semyonov, Semyonov stavede også Semënov, (født 15. april [3. april, Old Style], 1896, Saratov, Rusland - døde 25. september 1986, Moskva, USSR), sovjetisk fysisk kemiker, der delte Nobelprisen for kemi i 1956 med Sir Cyril Hinshelwood til forskning i kemisk kinetik. Han var den anden sovjetiske statsborger (efter emigrationsskribenten Ivan Bunin), der modtog en Nobelpris.
Semyonov blev uddannet i Skt. Petersborg, uddannet sig fra byens universitet i 1917, året for den russiske revolution, og underviste en tid på University of Tomsk i det vestlige Sibirien. Med tilknytning til Leningrad AF Ioffe Physicotechnical Institute fra 1920 til 1931 blev han professor ved Leningrad (Skt. Petersborg) polytekniske Institut i 1928. Han var direktør for Institute of Chemical Physics ved Academy of Sciences of the USSR efter 1931 og blev professor ved Moskva statsuniversitet i 1944.
Ligesom Hinshelwood, Semyonov undersøgte mekanismen for kemiske kædereaktioner og deres betydning i relation til eksplosioner. Semyonov var den første, der viste, at kædereaktioner er normen i kemiske omdannelser af stof. Han udgav den indflydelsesrige bog O nekotorykh problemakh khimicheskoy kinetiki i reaktsionnoy sposobnosti (1954; Nogle problemer inden for kemisk kinetik og reaktivitet).
