Зоолог Олег Измайлович Семенов-Тян-Шанский родился 15 октября 1906 года в Санкт-Петербурге. Его дед, Петр Петрович, был знаменитым географом и путешественником, статистиком и государственным деятелем. Отец, Измаил Петрович, возглавлял группу метеорологов в Главной физической обсерватории, первым в России осваивал метод прогноза погоды по синоптическим картам.

После февральской революции 1917 года семья Измаила Петровича переехала в с. Петровку Воронежской губернии, ныне Грязинского района Липецкой области. Небольшой земельный надел, полученный на общих основаниях, стал единственным источником ее существования.

Обучением 11-летнего Олега занимались родители и дядя Андрей Петрович, энтомолог с мировым именем. Дома мальчик получил великолепное образование, знал несколько европейских языков. Кроме этого, он трудился в поле, ухаживал за домашним скотом и помогал отцу в работе на небольшой метеостанции, которую Измаил Петрович организовал в Петровке на общественных началах еще в 1915 году. Именно тогда Олег начал вести свои фенологические дневники, и эту работу он продолжал в течение последующих 72 лет.

В 1926 году появилась первая научная статья начинающего ученого «Очерк периодических явлений природы в Липецком уезде», опубликованная в журнале «Красный просвещенец» (1926, № 3).

В 1929 году семья Семеновых-Тян-Шанских из Петровки перебралась в Ленинград. В 1930 году Олег Измайлович устроился на работу в Лапландский заповедник на Кольском полуострове, где в это время работали только директор и несколько человек охраны. Единственный научный сотрудник и наблюдатель, Олег Измайлович организовал учет и охрану диких оленей, ондатры и бобра. Современные специалисты называют эту его каждодневную работу научным подвигом. Кандидат биологических наук Е. А. Боровичёв пишет:  «Трудно представить, сколько и в каких условиях пришлось ему пройти и проехать на оленях и в лодках по тайге и горной тундре, чтобы решить вопросы экологии важнейших промысловых видов, описать все уголки заповедника. В результате он стал широко признанным специалистом и первым доктором биологических наук в заповедной системе СССР».

Постепенно на работу в заповедник были привлечены известные в стране ученые-зоологи. О. И. Семенов-Тян-Шанский вместе с директором Г. М. Крепсом опубликовал масштабные научные работы: «Очерк биологии дикого северного оленя в Лапландии», «Опыт реакклиматизации речного бобра», «Экология боровой дичи в Лапландском заповеднике». В 1938 году вышла его книга «Лапландский заповедник», выдержавшая затем еще два издания.

В 1940 году аттестационная комиссия при Наркомпросе РСФСР разрешила ему сдать экзамены кандидатского минимума, несмотря на отсутствие у него документов об окончании какого-либо учебного заведения. Свой первый экзамен он сдал 23 июня 1941 года.

Во время Великой Отечественной войны О. И. Семенов-Тян-Шанский был военным аэрологом на Карельском фронте, служил в артиллерийской инструментальной разведке, командовал радиозондировочным подразделением. В 1944 году его наградили орденом Красной Звезды и медалью «За боевые заслуги».

Демобилизовавшись, Олег Измайлович работал в Зоологическом институте АН СССР, где защитил кандидатскую диссертацию «Лось на Кольском полуострове» (1946). После печально известной «лысенковской» сессии ВАСХНИЛ ученый вынужден был уйти из института. В декабре 1948 года он вместе с женой М.И. Владимирской вернулся в Лапландский заповедник, где занял должность заместителя директора по научной работе, а вскоре вошел в состав научно-технического совета Главного управления охотничьего хозяйства и заповедников РСФСР.

В 1951 году Лапландский заповедник вместе с 87 другими заповедниками страны был ликвидирован. О. И. Семенов-Тян-Шанский перешел на работу в Печоро-Илычский заповедник. При поддержке других ученых в 1957 году ему удалось восстановить Лапландский заповедник. Заслугой Олега Измайловича является увеличение территории заповедника к 1983 году практически в 2 раза. 

В 1962 году он получил ученую степень доктора биологических наук за фундаментальный труд «Экология тетеревиных птиц». Продолжая ежегодно проводить разносторонние наблюдения в Лапландском заповеднике, он подготовил несколько новых трудов и работал над книгой «Птицы Русской Лапландии». Помимо книг, Олег Измайлович опубликовал в разное время в «Реферативном журнале» около 1000 статей об иностранных биологических исследованиях, осуществив их перевод со многих языков мира.  Его  труды в научном мире считаются классическими. В 1990 году ученый был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

С О. И. Семеновым-Тян-Шанским вел переписку и встречался известный липецкий ученый-биолог В. И. Данилов (1935-2013). Ему удалось получить авторскую редакцию рукописи О. И. Семенова-Тян-Шанского «Календарь природы Грязинского района», включавшей наблюдения за 1917-1929 годы, и опубликовать ее в первом выпуске сборника «Природа Липецкой области и ее охрана» (1970).

Умер в 1990 году, похоронен на территории Лапландского заповедника. В доме, где жил ученый последние 15 лет, организован музей.