Марина Тимофеевна Семёнова родилась 12 июня 1908 года в Санкт-Петербурге в семье служащего, который рано умер, оставив шестерых детей. По совету подруги матери она стала ходить в танцевальный кружок. В 1925 году она окончила хореографическое училище в Ленинграде, была воспитанницей А.Я. Вагановой.
С 1925 по 1930 годы работала в Государственном театре оперы и балета в Ленинграде, а с 1930 и до 1952 года выступала в Большом театре. В 1935 и 1936 годах Семёнова танцевала в Национальной опере Парижа в балете «Жизель» с партнёром Сержем Лифарём.
В 1941 году Семенова была удостоена Сталинской премии, а затем награждена тремя орденами «Трудового Красного Знамени» (1937, 1951 и 1978 годы). В 1975 году становится Народной артисткой Советского Союза, в 1988 году – Героем Социалистического труда.
Закончив танцевальную карьеру на сцене, Марина Тимофеевна служила в Большом театре педагогом. Она обучала таких корифеев сцены как Майя Плисецкая, Нина Тимофеева, Наталья Бессмертнова, Николай Цискаридзе, Галина Степаненко и многих других.
В мае 1998 года Семёнова награждена орденом «За заслуги перед Отечеством», а в 2004 году получила премию Президента России «За выдающиеся заслуги в области хореографического искусства» и премию Фонда имени Улановой «За беззаветное служение искусству танца».
В 2008 году в честь столетнего юбилея балерины в Большом театре прошел фестиваль.
Марина Тимофеевна Семёнова скончалась 9 июня 2010 года в Москве. Ей был 101 год.