M.Semionova gimė 1908 metų birželio 12 dieną (pagal seną stilių - gegužės 30 d.) Sankt Peterburge. 1975 metais jai suteiktas SSRS liaudies artistės vardas. Ji taip pat buvo Rusijos teatro meno akademijos profesorė.
M.Semionova buvo viena pirmųjų Agripinos Vaganovos mokinių. 1925 metais baigė Leningrado choreografijos mokyklą.
Pirmą kartą M.Seminova scenoje pasirodė sulaukusi 13 metų - ji šoko Levo Ivanovo balete "Užburtoji fleita". Tikrasis balerinos debiutas - jos pasirodymas "Don Kichote". 1925-30 metais ji šoko Leningrado valstybiniame operos ir baleto akademiniame teatre, nuo 1930 metų - Didžiojo teatro scenoje.
1935-36 metais balerina pasirodė Paryžiaus nacionalinėje operoje.
Balerina šoko Piotro Čaikovskio baletuose "Gulbių ežeras", "Miegančioji gražuolė", "Spragtukas", Clément'o Delibes'o (Klemano Delibo) "Upelyje", Ludwigo Minkaus (Liudviko Minkaus) "Bajaderėje", Aleksandro Glazunovo "Raimondoje", Adolphe'o Adamo (Adolfo Adamo) "Žizel" ir daugelyje kitų.
Nuo 1953 metų M.Semionova buvo Didžiojo teatro pedagogė. Pas ją mokėsi M.Pliseckaja, N.Ciskaridzė, Rima Karelskaja, Nina Timofejeva, Marina Kondratjeva, Nina Ananiašvili, Natalija Kasatkina, Nina Sorokina, Natalija Bessmertnova, Nadiežda Pavlova, Liudmila Semeniaka ir kt.