Являясь последователем выдающегося педагога К. Д. Ушинского, Д. Д. Семенов почти полвека отдал непрерывному служению русской школе и просвещению, выступая за всеобщее образование и распространение элементарной грамотности в народных массах. Его основным трудом стала географическая хрестоматия Отечествоведение; она вышла в шести томах в 1864–1887 гг. и до 1917 г. была обязательной частью гимназического курса. Он разработал методики преподавания географии и русского языка, написал первые наглядные пособия для гимназий и ряд работ по истории образования. Им было написано около 300 статей педагогического, биографического, критического и исторического содержания в разных периодических изданиях. Он изучал не только состояние сети начальных школ, но и деятельность земств и городского самоуправления, придя в итоге к убеждению, что в России в скором времени осуществится всеобщее начальное обучение