В Красной Армии с декабря 1931г.

Окончил военную авиационную школу.

Участник Советско-финляндской войны.

Указом Президиума ВС СССР от 07 апреля 1940г. был награжден орденом Красного Знамени.

Служил в составе 54 бомбардировочного авиаполка.

С 22 июня по 13 июля 1941г. воевал на Западном фронте.

К августу 1942г. штурман 2 авиаэскадрильи 797 бомбардировочного полка 270 бомбардировочной авиадивизии.

С 20 августа 1942г. полк приступил к боевой работе на Сталинградском фронте. 

24 августа полк перебазировался на аэродром Солдатско-Степное.

28 августа на разведку в район Качалино- Монойлин вылетел экипаж самолета №24/16 2 авиаэскадрильи полка: командир звена политрук Рузаев Ефим Васильевич, Тихомиров, стрелок-радист сержант Сайфутдинов Вларик Перметович. На обратном маршруте в районе Нижний Акатов на высоте 4500м. с дистанции 400м. экипаж был атакован парой истребителей Ме-109 (Мессершмитт). Атаки продолжались до Волги. Наш самолет был подожжен. Тихомиров и Сайфудинов, получившие ожоги, выбросились на парашютах. Были подобраны комиссаром танковой роты и направлены в госпиталь Горная Пролейка. Поиски летчика результатов не дали (останки летчика будут обнаружены поисковиками на месте падения самолета). 

В составе полка Семен Осипович совершил 5 боевых вылетов.

До 19 сентября 1942г. находился на излечении в эвакогоспитале ЭГ 4090.

Совершил 25 боевых вылетов. Приказом от 28 февраля 1943г. был награжден вторым орденом Красного Знамени.

С июля 1943г. по июнь 1944г. на Воронежском и 1 Украинском фронтах.

Участник Курской битвы и освобождения Киева.

В 1945г. Семен Осипович в составе 6 бомбардировочного авиаполка.

17 февраля экипаж: заместитель командира полка гвардии майор Псарев Федор Павлович, штурман капитан Тихомиров, стрелок-радист сержант Сильченков Иван Степанович- участвовал в бомбардировке войск противника в районе пос.Райхенбах.

Следующий вылет экипаж совершил 19 февраля. 

27 февраля экипаж: командир 3 авиаэскадрильи гвардии капитан Громов Павел Семенович, капитан Тихомиров, начальник связи эскадрильи старшина Волков Павел Андрианович- водил пятерку Пе-2 на штурмовку войск противника у пос.Кунау.

28 февраля- на бомбардировку северной окраины г.Бреслау.

01 марта- на бомбардировку танков и штаба в пос.Шиферстейн.

22 марта 3 эскадрилья, ведомая экипажем Громов, Тихомиров, Волков, бомбардировала железнодорожную платформу Шлезенберг. Вторым вылетом нанесла удар противнику в районе Лапегнау.

23 марта эскадрилья совершила 2 боевых вылета.

24 марта экипаж в составе полковой колонны бомбардировал войска противника в пос.Болотице. Прямым попаданием зенитного снаряда был сбит и погиб экипаж командира полка подполковника Качалей.

Обязанности командира полка были возложены на майора Псарева.

25 марта экипаж водил эскадрилью на бомбардировку района пос.Доберсдорф.

Следующие вылеты экипаж совершил: 26 марта, 27 марта, 29 марта, 30 марта, 31 марта, 01 апреля, 02 апреля.

10 апреля экипаж: командир 2 авиаэскадрильи майор Важинский Александр Григорьевич (27 июня 1945г. присвоено звание Герой Советского Союза), Тихомиров, начальник связи эскадрильи лейтенант Сергеев Анатолий Исакович- водил девятку Пе-2 на бомбардировку окруженной группировки противника пол Бреслау.

16 апреля экипаж: Громов, Тихомиров, Волков водил шесть самолетов Пе-2 на бомбардировку опорного пункта Еришке.

За годы войны Семен Осипович совершил 141 боевой вылет. Был представлен к ордену Александра Невского. Приказом от 29 мая 1945г. награжден третьим орденом Красного Знамени.

Награжден медалями «За взятие Берлина», «За освобождение Праги», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».

За долголетнюю и безупречную службу в 1945г. был награжден медалью «За боевые заслуги».

Гвардии капитан Тихомиров был уволен в запас 24 сентября 1946г.