Родился 2 (15) февраля 1917 года в городе Минск (Белоруссия). Белорус. В 1932 году окончил 7 классов школы, в 1934 году – школу ФЗУ в Орше. Работал учеником помощника машиниста, слесарем и мастером по ремонту паровозов в паровозном депо станции Орша.
В армии с октября 1938 года. Обучался в школе младших авиационных специалистов (в Московском военном округе). В 1940 году окончил Батайскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в строевых частях ВВС (в Западном и Киевском военных округах).
Участник Великой Отечественной войны: в июне-сентябре 1941 – командир звена 88-го истребительного авиационного полка, в сентябре 1941-июле 1942 – командир звена 249-го истребительного авиационного полка, в июле 1942-мае 1945 – командир звена, командир авиаэскадрильи 131-го (с февраля 1943 – 40-го гвардейского) истребительного авиационного полка. Воевал на Юго-Западном, Южном, Северо-Кавказском, Воронежском и 1-м Украинском фронтах. Участвовал в оборонительных боях на юге Украины, Донбассе и на Дону, в обороне Кавказа, Курской битве, битве за Днепр, освобождении Правобережной Украины и Польши, в Берлинской и Пражской операциях. За время войны совершил 396 боевых вылетов на истребителях И-16, ЛаГГ-3, Ла-5 и Ла-7, в 113 воздушных боях сбил лично 18 и в составе группы 9 самолётов противника.
За мужество и героизм, проявленные в боях, Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 июля 1944 года гвардии капитану Семенюку Ивану Ивановичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
После окончания войны продолжал службу в строевых частях ВВС (в Центральной группе войск). В 1948 году окончил Липецкие высшие офицерские лётно-тактические курсы. Был заместителем командира и командиром полка (в Приморском военном округе).
Участник войны в Корее в феврале-августе 1952 года в должности командира 256-го истребительного авиационного полка.
Служил в Северном военном округе заместителем командира и командиром полка. В 1955 году окончил курсы усовершенствования командного состава при Военно-воздушной академии (Монино). Был заместителем командира дивизии (в Прикарпатском военном округе).
С июня 1961 года полковник И.И.Семенюк – в запасе. Жил и работал в Минске. Умер 26 апреля 1973 года. Похоронен на Восточном (Московском) кладбище в Минске.