Юношеские годы Петра Петровича совпали со знаменательным событием — в 1845 г. было основано Русское географическое общество, которое стало центром географической науки в Российской Федерации.
В 1849 г. Семенов, окончив Петербургский университет, вступил в участников Общества. Уже тогда у молодого географа зародилась идея о путешествии на Тянь-Шань.
Наименование «Тянь-Шань» в переводе с китайского языка свидетельствует «Небесные горы». Сто лет назад эта громадная горная совокупность была практически малоизвестна науке. Известный германский географ Александр Гумбольдт вычислял ее горным хребтом с активными огнедышащими вулканами. Ни один из европейских исследователей не бывал еще на Тянь-Шане.
Семенов решил пробраться в область этих гор. В первые годы нахождения в Географическом обществе он изучил довольно много трудов по географии центральных частей азиатского материка и считался среди географов самым большим знатоком Азии.
Но изучение географии по книгам не имело возможности удовлетворить молодого географа, стремившегося к независимому изучению природы.
«Притягивали меня к себе горы, которых я, изучивши в полной мере географию в теории, не видал в собственной жизни»,— говорил Семенов в своих мемуарах.
Как раз в эти годы начиналось присоединение части Тянь-Шаня к Российской Федерации. Это событие, случившееся в середине XIX в., содействовало тому, что изучения громадной горной совокупности Тянь-Шаня получали особенное значение. Исходя из этого избранный Семеновым маршрут не был случайным. В то время как Семенов подготавливался к далекому путешествию, у подножья Заилийского Алатау — одного из северных хребтов Тянь-Шаня — уже был заложен пост Верный (сейчас г. Алма-Ата, столица Казахской ССР).
Во время подготовки к путешествию в Тянь-Шань Петр Петрович отправился в Альпы и совершил довольно много экскурсий пешком по горам без проводника. Это была красивая тренировка перед экспедицией в малоизвестную горную страну. Ученый собирал в Альпах геологические и ботанические коллекции. Чтобы лучше ознакомиться с вулканическими явлениями, он побывал также на Везувии и совершил около двух десятков восхождений к кратеру вулкана.
В 1856 г. Семенов взял согласие Географического общества на снаряжение экспедиции в Среднюю Азию и весной отправился в путь.
Маршрут путешествия пролегал через Барнаул, Семипалатинск, упрочнение Верное и потом в Тянь-Шань.
Две поездки Семенова на Иссык-Куль, в особенности вторая, когда он посетил западное побережье озера, стали причиной громадным научным открытиям. Пройдя через узкое Боамское ущелье, по которому с шумом несет собственные воды река Чу, Семенов достиг побережья Иссык-Куля. Он установил, что Чу берет начало не из озера, а в одной из горных равнин Тянь-Шаня.
Очарованный величественной картиной Тянь-Шаньских гор, открывшейся у оз. Иссык-Куль, Семенов писал:
«Резкие очертания предгорий, чёрные расселины пересекающих передовую цепь поперечных равнин — все это смягчается легкой и прозрачной дымкой носящегося над озером тумана, но тем яснее, тем определеннее, во всех небольших подробностях собственных очертаний, тем блестящее представляются на темно-голубом фоне цветистого безоблачного среднеазиатского континентального неба облитые солнечным светом седые головы тянь-шаньских великанов».
Пробраться в сердце Тянь-Шаня, к этим громадным горам, Семенову удалось только в следующем году. Его спутником был живописец П. М. Кошаров — преподаватель рисования Томской гимназии, что по приглашению Петра Петровича участвовал в экспедиции. Выехав из Верного, путешественники добрались до южного берега Иссык-Куля, а оттуда пробрались к верховьям Сыр-Дарьи, еще никем не изученным ранее и не достигнутым.
Скоро Петр Петрович совершил второе, еще более успешное восхождение на Тянь-Шань. Маршрут экспедиции проходил в более восточном направлении, чем при его первом восхождении. Тяжёлый путь, неизведанный исследователями, вывел Семенова к горной группе Хан-Тенгри.
Путешественником была открыта величественная вершина Хан-Тенгри, считавшаяся самой высокой в Тянь-Шане до открытия советскими исследователями пика Победы.
Семенов осмотрел широкие ледники северного склона Хан-Тенгри, откуда берет начало р. Сарыджаз.
В пути Петру Петровичу довольно часто попадались черепа горных баранов — кочкаров с громадными завитыми рогами. Черепа были так громадны и тяжелы, что даже весьма сильный человек с трудом имел возможность поднять их. Зоологи думали, что кочкары вполне вымерли. Каково же было удивление Семенова, когда в один раз он заметил, как вдалеке по горной тропинке промчалось громадное стадо этих животных.
«Я имел возможность разглядеть в собственный бинокль, — вспоминал исследователь,— что это были огромные бараны с теми характерными рогами, черепа которых мы обнаружили во множестве в равнине Сарыджаза».
Около двух лет длилась тянь-шаньская экспедиция Семенова. На географической карте были запечатлены открытия путешественника: истоки pp. Чу, Сыр-Сарыджаза и Дарьи, вершина Хан-Тенгри и др. Петр Петрович установил в общем размещение хребтов Тянь-Шаня, высоту снеговой линии в этом горном районе и открыл огромные тянь-шаньские ледники.
Семенов узнал, что в Тянь-Шане нет вулканов. Этим серьёзным открытием он опроверг ошибочную теорию Гумбольдта о вулканизме Небесных гор, обширно распространенную тогда в науке. Ученый собрал также разносторонние сведения о геологическом строении, растительности и животном мире Тянь-Шаня.
Эти превосходные результаты были вероятными по причине того, что Семенов был только многосторонним исследователем— геологом, ботаником, зоологом и в первую очередь наибольшим географом. Во взорах на природу он во многом опередил современную ему науку. Так, к примеру, он изучал зависимость рельефа от геологического строения местности.
Ученый выделил на Тянь-Шане природные территории и дал чёрта изюминок каждой из них.
Спустя десятилетия после экспедиции за блестящие изучения горной страны Тянь-Шань к фамилии Семенова присоединили вторую часть — «Тян-Шанский».
Вся предстоящая географическая деятельность ученого нераздельно связана с историей Русского географического общества, начальником которого он был многие годы.
Географическое общество организовало бессчётные экспедиции выдающихся русских географов:
Н. М. Пржевальского, Г. Н. Потанина, В. И. Роборовского, М. В. Певцова, П. К. Козлова, И. В. Мушкетова, В. А. Обручева и многих вторых.
Петр Петрович разрабатывал маршруты экспедиций, принимал участие в их снаряжении, в составлении программы полевых научных работ. «Рвением каждого ученого, если он не хочет остаться холодным космополитом1, а желает жить одной судьбой со собственными соотечественниками, должно быть, не считая старания продвинуть полностью вперед людскую знание, еще и желание ввести его сокровища в судьбу народную», — так сказал Семенов еще на заре собственной научной деятельности, незадолго до путешествия в Тянь-Шань.
По инициативе Петра Петровича создавались широкие труды по географическому описанию России. Под его управлением был составлен пятитомный «Географическо-статистический словарь России», издание которого длилось в течение практически четверти века. В этом словаре — превосходной для собственного времени географической энциклопедии России — шепетильно собраны имевшиеся сведения о русских реках, озерах, морях, горных хребтах, о различных городах, населенных пунктах, уездах, губерниях и т. п.
Семенов предпринял и ряд других изданий по географии России. Уже на склоне лет он принял на себя неспециализированное управление многотомным коллективным трудом «Российская Федерация», редактором которого был его сын Вениамин Петрович — русский географ.
Вспоминая о подвигах русских и славных трудах путешественников и исследователей, Петр Петрович с гордостью сказал: «Отечественная слава имеется слава русской почвы».
Семенов – Тян-Шанский погиб в 1914 г., существенно обогатив собственными трудами географическую науку.
Ю. М. Шокальский, ставший после смерти Семенова-Тян-Шанского главой Географического общества, писал: «Для нас, ветхих работников общества, имена «Петр Географическое» общество «и Петрович» — нераздельны».
