Панюшкин А. С. родился 14 августа 1905 года в Самаре в семье рабочего. В 1921 году А. С. Панюшкин ушел добровольцем в Красную армию, воевал на фронтах Гражданской войны. В марте 1921 года красноармеец А. С. Панюшкин направляется на кавалерийские курсы в Самару, однако в 1922 году, заболев малярией, демобилизуется из армии и в мае 1922 года поступает на работу ремонтным рабочим на железную дорогу станции Самара.
Однако желание стать красным кавалеристом не покидает его, и в октябре 1924 г. по путевке губкома комсомола Панюшкин А.С. направляется на учебу в Ленинградскую кавалерийскую школу РККА.
После успешного завершения обучения в кавалерийской школе Панюшкина А.С. направляют на службу в пограничные войска на Дальний Восток. С октября 1927 г. по сентябрь 1934 г. он служит в 59м Приморском кавалерийском пограничном отряде ОГПУ в должностях от помощника начальника погранзаставы до коменданта погранучастка.
В мае 1935 г. Панюшкин А.С. поступает на основной курс Военной Академии РККА им.Фрунзе. По окончании учебы в 1938 году Панюшкин направляется на работу в НКВД. Он становится помощником начальника отделения, а в декабре 1938 г. — начальником 3 спецотдела 1 Управления НКВД.
В июле 1939 г. Панюшкина А.С. направляют в Китай в качестве Уполномоченного Совнаркома по реализации торгового договора с этой страной. Уже в июле 1939 г. он становится Чрезвычайным и полномочным послом СССР в Китае. Одновременно он являлся главным резидентом НКВД в этой стране, где в годы войны работало 12 резидентур внешней разведки.
Однако центр тяжести всей разведывательной работы в Китае в августе 1939 г. переместился во временную столицу Чунцин, где находилось центральное правительство. Задачи перед 34-летним "комбригом", как называли между собой резидента другие сотрудники резидентуры, стояли поистине колоссальные. Нужно было постоянно следить за происками японской военщины в отношении СССР и Китая, не прозевать возможное нападение Квантунской армии на советский Дальний Восток. Центр также ставил задание любой ценой удержать центральное правительство Китая на позициях активного сопротивления японской агрессии, не дать ему опуститься на колени перед самураями.
Для получения информации, волнующей Центр, были необходимы ценные источники среди государственных, политических и общественных деятелей Китая. Панюшкину А.С. удалось установить доверительные отношения с рядом прогрессивных лиц, выступающими за продолжение войны с Японией и укрепление дружбы с Советским Союзом. При непосредственном участии Панюшкина как бывшего комбрига, к чьим советам прислушивался сам Чан Кайши, удалось разработать и осуществить план обороны города Чанша и нанести японцам поражение.
Главный резидент, он же Посол Советского Союза, приложил много усилий для предотвращения конфронтации между Гоминьданом и компартией, недопущению гражданской войны в стране в 1940—1941 гг.
Руководимая им резидентура не только полно и своевременно информировала Центр об основных проблемах внешней и внутренней политики Китая, деятельности в стране представителей основных стран Запада и Японии, но и за полтора месяца до нападения Германии на СССР получила и направила в Москву оперативный план германского военного командования о главных направлениях продвижения фашистских войск, добытый оперативным путем у военного атташе Германии.
Главная задача резидентур внешней разведки на Дальнем Востоке в конце 30—х — начале 1940—х годов — не просмотреть возможности нападения на Советский Союз не снималась с повестки дня до середины 1943 года. Руководимые Панюшкиным А.С. резидентуры в Китае успешно справились с этой задачей.
Панюшкин Александр Семенович по праву считается одним из "магистров международной разведки" во время войны. Он сыграл важную роль в получении достоверной информации об истинных планах и намерениях японской военщины в отношении нашей страны, а также о положении в Китае.
За работу в Китае Панюшкин А.С. был награжден орденом Ленина. Возвратившись в Москву в 1944 году, он был назначен на пост заместителя заведующего отделом международной информации ЦК ВКП(б), на котором проработал до мая 1947 года.
В 1947 году Панюшкин А.С. вновь возвратился во внешнюю разведку и был назначен главным секретарем Комитета информации при Совете министров СССР.
В октябре 1947 года он был направлен на работу в США в качестве Чрезвычайного и Полномочного Посла, являясь одновременно главным резидентом в этой стране. А. С. Панюшкин в сложных условиях практического прекращения разведывательной деятельности в США предпринял меры к тому, чтобы свести к минимуму потери разведки, обеспечивать в то же время Центр необходимой разведывательной информацией, предотвращать разрыв отношений между США и СССР и сползание к новой войне.
В июле 1952 года Панюшкин возвратился на Родину и получил новое назначение на должность Чрезвычайного и Полномочного Посла СССР в Китайской Народной Республике. На этот раз свою должность он не совмещал с должностью резидента внешней разведки. В Китае Панюшкин А.С. оставался до мая 1953 года В 1953 году назначен начальником Второго главного (разведывательного) управления МВД СССР.
В 1955 году А.С.Панюшкин оставляет внешнюю разведку и переходит на работу в ЦК КПСС. В июле 1959 года он был назначен на должность заведующего отделом кадров дипломатических и внешнеторговых органов ЦК. На ХХ съезде КПСС был избран членом ЦК.
В 1962 году ушел на пенсию в звании генерал—майора.
Награжден тремя орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, двумя орденами Красного Знамени, орденом Красной Звезды, многими медалями. В 1939 году награжден нагрудным знаком "Почетный чекист".
Умер Панюшкин А.С. 11 ноября 1974 года. Некролог о его кончине подписали руководители партии и государства, в том числе Л.И.Брежнев. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.