Родился 2 (15) февраля 1917 года в городе Минске (Республика Беларусь). В 1932 году окончил 7 классов, в 1934 году - школу фабрично-заводского ученичества (ФЗУ) в городе Орше. Работал учеником помощника машиниста, слесарем и мастером по ремонту паровозов в паровозном депо станции Орша. С октября 1938 года в рядах Красной Армии. Обучался в школе младших авиационных специалистов (Московский военный округ). В 1940 году окончил Батайскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в частях ВВС Западного и Киевского военных округов.

С 22 июня 1941 года младший лейтенант И. И. Семенюк на фронтах Великой Отечественной войны. Боевую деятельность начал командиром звена 88-го ИАП, летал на И-16. С сентября 1941 года - командир звена 249-го ИАП, летал на ЛаГГ-3. С июля 1942 года - командир звена, затем и эскадрильи 131-го ИАП (8 февраля 1943 года преобразован в 40-й Гвардейский ИАП); летал на ЛаГГ-3, Ла-5 и Ла-7.

К 5 февраля 1944 года командир эскадрильи 40-го Гвардейского истребительного авиационного полка (8-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 5-й истребительный авиационный корпус, 2-я Воздушная армия, 1-й Украинский фронт) Гвардии капитан И. И. Семенюк совершил 278 боевых вылетов, в 96 воздушных боях сбил лично 16 и в составе группы 9 самолётов противника. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 июля 1944 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 2381).

К маю 1945 года Гвардии майор И. И. Семенюк совершил 396 боевых вылетов, провёл 113 воздушных боёв, в которых сбил лично 18 и в составе группы 9 самолётов противника. Воевал на Юго-Западном, Южном, Северо-Кавказском, Воронежском и 1-м Украинских фронтах.

После окончания войны продолжал службу в ВВС (Центральная группа войск). В 1948 году окончил Высшие офицерские лётно-тактические курсы (город Липецк). Был заместителем командира и командиром полка (Приморский военный округ).

Участник войны в Кореи с февраля по июнь 1952 года в должности командира 256-го ИАП (190-я ИАД, 64-й ИАК). Летал на МиГ-15, сбитых самолётов противника не имел. В августе 1952 года Гвардии подполковник И. И. Семенюк заболел и эвакуирован в СССР.

С 1952 года служил в Северном военном округе в должности заместителя командира, а в 1953-1955 гг. - командиром 722-го ИАП (Карело-Финская АССР). В 1955 году окончил Курсы усовершенствования командного состава при Военно-Воздушной академии (в Монино) и назначен заместителем командира дивизии (Прикарпатский военный округ). С июня 1961 года Гвардии полковник И. И. Семенюк - в запасе. Жил в городе Минске, работал оперативным дежурным штаба Гражданской обороны. Умер 26 апреля 1973 года, похоронен на Восточном кладбище.

Награждён орденами: Ленина (08.10.1943, 01.07.1944), Красного Знамени (30.12.1942, 22.07.1943), Отечественной войны 1-й степени (05.04.1945), Красной Звезды (03.11.1953, 22.02.1955); медалями.