<ref-law> (Zivilprozess; Zuständigkeit; IPRG), hat sich ergeben:
A.- Die Imuna s.p. (Beschwerdeführerin) ist ein staatliches Unternehmen mit Sitz in der Slowakei, welches Blutplasma herstellt. Am 22. Februar bzw. 3. März 1995 schloss sie mit der Octapharma AG (Beschwerdegegnerin), einer Aktiengesellschaft mit Sitz in der Schweiz, eine Vereinbarung betreffend einen Technologietransfer für die Herstellung von Blutplasma. Diese Vereinbarung enthält unter anderem folgende Bestimmung:
"Art. 10 (Applicable Law/Arbitration)
a) This Agreement shall be construed in accordance with and governed by Swiss law.
b) All disputes arising in connection with the present Agreement shall b[e] finally and exclusively settled under the rules of arbitration of the Swiss 'Konkordat über Schiedsgerichtsbarkeit' of March 27/ August 27, 1969 by three arbitrators appointed in accordance with the rules.
The domicile of such ar[b]itration shall be the city of Zurich, Switzerland. ... The desicion of the arbitration shall be final and binding and shall be enforceable by any court having jurisdiction. "
B.- Nachdem zwischen den Parteien Uneinigkeiten über die Vereinbarung entstanden waren, leitete die Beschwerdegegnerin das Schiedsverfahren ein, und die Parteien einigten sich darauf, die Angelegenheit von einem Einzelschiedsrichter beurteilen zu lassen. Dieser verpflichtete die Beschwerdeführerin am 14. März 2000 zur Zahlung von DEM 728'000.-- nebst Zins. Gegen diesen Schiedsspruch erhob die Beschwerdeführerin Nichtigkeitsbeschwerde beim Obergericht des Kantons Zürich, welches darauf mit Beschluss vom 22. September 2000 nicht eintrat.
C.- Die Beschwerdeführerin verlangt mit staatsrechtlicher Beschwerde, den angefochtenen Beschluss aufzuheben, die Sache zur Neubeurteilung an das Obergericht zurückzuweisen und der Beschwerde aufschiebende Wirkung zu erteilen.
Die Beschwerdegegnerin schliesst auf Abweisung der Beschwerde, während das Obergericht auf eine Stellungnahme verzichtet.
Das Gesuch um aufschiebende Wirkung wurde am 7. Dezember 2000 abgewiesen.

Das Bundesgericht zieht in Erwägung:
1.-a) Nach Ansicht des Obergerichts ist in Bezug auf den Schiedsbeschluss gemäss <ref-law> das Bundesgericht einzige Beschwerdeinstanz, da die Parteien die Anwendbarkeit der Bestimmungen des 12. Kapitels nicht gültig wegbedungen hätten (<ref-law>).
b) Die Beschwerdeführerin ist dagegen der Meinung, mit dem Ausdruck "exclusively" sei die ausschliessliche Anwendbarkeit des Konkordatsrechts vereinbart und die Anwendung des IPRG gültig ausgeschlossen worden.
2.- a) Es ist zulässig, die Frage der gültigen Rechtswahl im Sinne von <ref-law> dem Bundesgericht mit staatsrechtlicher Beschwerde gegen den Rechtsmittelentscheid des kantonalen Gerichts über dessen Zuständigkeit zu unterbreiten.
Ob die bundesrechtliche Zuständigkeitsordnung eingehalten worden ist, prüft dabei das Bundesgericht mit freier Kognition (Art. 84 Abs. 1 lit. d OG; <ref-ruling> E. 3 S. 723 f.).
b) Die Parteien können schriftlich die Anwendung der Bestimmungen des 12. Kapitels des IPRG ausschliessen und vereinbaren, dass ausschliesslich die kantonale Regelung über die Schiedsgerichtsbarkeit zur Anwendung kommen soll (<ref-law>). Dafür genügt nach ständiger Rechtsprechung des Bundesgerichts nicht, dass die Parteien einfach das Konkordatsrecht für anwendbar erklären (<ref-ruling> E. 4 S. 724 mit Hinweis). Der gemeinsame Wille der Parteien, das 12. Kapitel des IPRG nicht zur Anwendung kommen zu lassen, muss sich vielmehr klar aus der Vereinbarung ergeben.
Zwar ist dafür keine bestimmte Formel vorgeschrieben, und der gemeinsame Wille kann auch durch Auslegung ermittelt werden. Aus der von den Parteien getroffenen Wortwahl muss sich aber im Sinne der Rechtssicherheit klar ergeben, dass das Bundesrecht nicht zur Anwendung kommen soll (<ref-ruling> E. 2b/bb S. 394).
c) Die Vereinbarung erwähnt das IPRG nirgends ausdrücklich.
Schon deshalb ist fraglich, ob sie den gesetzlichen Anforderungen an einen Ausschluss der Bestimmungen des IPRG genügt (<ref-ruling> E. 2b/cc S. 395). Eine im Sinne von <ref-law> gültige Wegbedingung wäre somit nur in Erwägung zu ziehen, wenn nach dem Vertragstext eindeutig auf einen Ausschluss der Bestimmungen des IPRG zu schliessen wäre.
Das Adverb "exclusively" bezieht sich nicht direkt auf die Anwendung der Konkordatsbestimmungen, sondern auf "settled" und tritt zum Wort "finally" hinzu. Es kann also zwanglos auf die Erledigung der Streitsache durch ein Schiedsgericht bezogen werden und lässt sich wie folgt übersetzen:
"Sämtliche im Zusammenhang mit der vorliegenden Vereinbarung entstehenden Streitigkeiten werden endgültig und ausschliesslich von drei Schiedsrichtern beurteilt unter Anwendung des schweizerischen Konkordats über die Schiedsgerichtsbarkeit. " So verstanden geht aus der Vereinbarung nicht hervor, dass die Parteien die Anwendung des 12. Kapitels des IPRG ausschliessen wollten. Vielmehr lässt sich die Vereinbarung auch dahin interpretieren, dass die Parteien lediglich die Möglichkeit ausschliessen wollten, ein anderes als das in der Vereinbarung vorgesehene Gericht anzurufen oder den Entscheid dieses Schiedsgerichts weiterzuziehen.
Auf diese Bedeutung weist insbesondere der Ausdruck "finally" hin. Einerseits ergibt er im Zusammenhang mit der Anwendbarkeit des Konkordats keinen Sinn, andererseits bringt er den Willen der Parteien zum Ausdruck, die Überprüfung des Schiedsspruches möglichst einzuschränken. Die Anfechtungsmöglichkeiten im Rahmen der Konkordatsbeschwerde gehen aber weiter als jene im Rahmen einer Beschwerde nach <ref-law>, was ebenfalls gegen einen Ausschluss der Bestimmungen des IPRG zu Gunsten des Konkordatsrechts spricht. Damit enthält die Vereinbarung jedenfalls keinen hinreichend klaren Verzicht auf die Anwendung der Bestimmungen des IPRG.
3.- a) Die Beschwerdeführerin rügt eine Verletzung des rechtlichen Gehörs beziehungsweise von <ref-law>, da das Obergericht nicht auf ihre Beschwerde eingetreten sei und ihr so den Rechtsweg abgeschnitten habe.
b) Die Rüge ist nicht nachvollziehbar. Das rechtliche Gehör ist in <ref-law> garantiert. War das Obergericht zur Behandlung der Beschwerde nicht zuständig und stand es der Beschwerdeführerin frei, an das Bundesgericht zu gelangen, ist nicht ersichtlich, worin eine Gehörsverletzung liegen könnte. Inwiefern das Obergericht in Willkür verfallen sein und damit <ref-law> verletzt haben soll, zeigt die Beschwerdeführerin ebenfalls nicht auf. Mangels hinreichender Begründung ist auf die Rüge nicht einzutreten.
4.- a) Nach Ansicht der Beschwerdeführerin hat das Obergericht <ref-law>/ZH willkürlich angewendet, indem es der Gegenpartei keine Gelegenheit gegeben habe, sich zur Nichtigkeitsbeschwerde zu äussern. Da es zulässig sei, sich auf das Beschwerdeverfahren einzulassen und damit die kantonale Instanz zur Beschwerdeinstanz zu erwählen (<ref-law>), hätte das Obergericht der Beschwerdegegnerin in jedem Fall Gelegenheit zur Stellungnahme einräumen müssen.
Zudem habe es <ref-law>/ZH, wonach das Gericht, das sich unzuständig erachtet, das Verfahren auf Antrag der einleitenden Partei an die zuständige Behörde weiterleitet, willkürlich nicht angewandt. Nach Meinung der Beschwerdeführerin hätte das Obergericht ihr demgemäss Gelegenheit geben müssen, die Weiterleitung der Eingabe an das Bundesgericht zu beantragen.
b) Willkür liegt nach ständiger Rechtsprechung nicht schon dann vor, wenn eine andere Lösung ebenfalls vertretbar erscheint oder gar vorzuziehen wäre. Der angefochtene Entscheid muss vielmehr offensichtlich unhaltbar sein, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch stehen, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzen oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderlaufen (<ref-ruling> E. 3a S. 15; 129 E. 5b S. 134, 124 IV 86 E. 2a S. 88). Dabei genügt es nicht, dass die Begründung unhaltbar ist; der Entscheid muss sich im Ergebnis als willkürlich erweisen (<ref-ruling> E. 2a S. 168 mit Hinweis).
c) Soweit die Beschwerdeführerin rügt, das Obergericht hätte ihre Eingabe entweder selbst als Beschwerde gemäss <ref-law> entgegennehmen oder an das Bundesgericht weiterleiten müssen, kann sie damit von vornherein nur durchdringen, sofern ihre Eingabe den Anforderungen an eine Beschwerde gemäss IPRG überhaupt genügt. Die Beschwerdeführerin reichte zunächst eine Rechtsschrift ihres ausländischen Rechtsvertreters ein. Diese erschöpft sich in appellatorischer Kritik am angefochtenen Entscheid, welche im Rahmen einer IPRG Beschwerde nicht zu hören ist (<ref-ruling> E. 3 S. 606). Diese Eingabe ergänzte die Beschwerdeführerin nach Ablauf der Rechtsmittelfrist. Ob dieser Nachtrag überhaupt zu berücksichtigen ist, kann offen bleiben, da die Beschwerdeführerin darin lediglich Willkürrügen erhebt. Im Vergleich zu Art. 36 lit. f des Schiedsgerichtskonkordats (SR 279), der die materielle Anfechtung von Schiedssprüchen wegen Willkür durch offensichtlich aktenwidrige Tatsachenfeststellungen oder klare Verletzung des Rechts oder der Billigkeit zulässt, schränkt die Ordnung der internationalen Schiedsgerichtsbarkeit die Anfechtungsmöglichkeiten indes erheblich ein (<ref-law>). Selbst eine offensichtlich falsche Tatsachenfeststellung oder Rechtsanwendung stellt für sich allein keinen ausreichenden Grund dar, um ein Schiedsurteil aufzuheben. Die materiellrechtliche Überprüfung ist auf die Frage begrenzt, ob der Schiedsentscheid vor dem Ordre public standhält. Inwiefern der Schiedsspruch gegen diesen verstossen sollte, legt die Beschwerdeführerin in ihren Eingaben an das Obergericht nicht dar, weshalb auf ihre Beschwerde ohnehin nicht eingetreten werden könnte (<ref-ruling> E. 3 S. 606).
5.- Selbst wenn die Eingaben der Beschwerdeführerin an das Obergericht die Anforderungen an eine Beschwerde im Sinne von <ref-law> erfüllten, wäre die staatsrechtliche Beschwerde unbegründet.
a) Wenngleich sich die Parteien nach der herrschenden Lehre auf eine bei der kantonalen Behörde eingereichte Beschwerde gemäss <ref-law> einlassen können (vgl. Heini, IPRG Kommentar, Zürich 1993, N. 20 zu <ref-law>; Rüede/Hadenfeldt, Schweizerisches Schiedsgericht, 2. Aufl. , Zürich 1993, S. 372; Berti/Schnyder, Basler Kommentar, N. 5 zu <ref-law>; Lalive/Poudret/ Reymond, le droit de l'arbitrage, N. 4 zu <ref-law>), ist diese Ansicht nicht unumstritten.
Es wird auch die Meinung vertreten, es sei eine vor Ablauf der für die Beschwerde an das Bundesgericht geltenden Frist abgeschlossene, ausdrückliche Vereinbarung notwendig (Andreas Bucher, Die neue internationale Schiedsgerichtsbarkeit in der Schweiz S. 139). Damit ist der angefochtene Entscheid im Ergebnis jedenfalls nicht offensichtlich unhaltbar.
b) Zudem ist zweifelhaft, ob die Beschwerdeführerin ein aktuelles, rechtlich geschütztes, praktisches Interesse an der Aufhebung des angefochtenen Entscheides hat (Art. 88 OG; <ref-ruling>; <ref-ruling> mit Hinweisen). In der Antwort auf die staatsrechtliche Beschwerde führt die Beschwerdegegnerin aus, sie werde sich nicht auf ein Verfahren vor dem Obergericht einlassen. Wenngleich sie theoretisch auf ihren Entscheid zurückkommen könnte, ist praktisch nicht einzusehen, weshalb sie dies tun sollte, würde es ihr doch nur zum Nachteil gereichen. Von einem praktischen Interesse kann indes nur gesprochen werden, wenn zumindest eine minimale Wahrscheinlichkeit besteht, dass der von der Beschwerdeführerin behauptete Nachteil bei Gutheissung der Beschwerde behoben werden kann, dies in Analogie zu den Voraussetzungen bei einer bloss virtuellen Betroffenheit, wo ebenfalls eine minimale Wahrscheinlichkeit gegeben sein muss, dass der Beschwerdeführer durch den angefochtenen Erlass früher oder später einmal in seinen rechtlich geschützten Interessen betroffen werden könnte (<ref-ruling> E. 3a S. 316). Da die Beschwerdegegnerin sich nicht auf eine Beschwerde vor dem Obergericht einzulassen gedenkt, vermag eine Rückweisung der Sache nichts am Nichteintretensentscheid zu ändern. Unter diesen Umständen ist nicht ersichtlich, welches praktische Interesse die Beschwerdeführerin an einer Rückweisung haben könnte.
c) Soweit die Beschwerdeführerin vorbringt, das Obergericht hätte die Beschwerde an das Bundesgericht weiterleiten müssen, ist zu beachten, dass für Beschwerden gegen den Schiedsentscheid die Bestimmungen über die staatsrechtliche Beschwerde analog gelten. Die Frist zur Einreichung der Beschwerde beträgt 30 Tage seit Eröffnung des Schiedsgerichtsentscheids (Art. 89 OG). Eine Eingabe an eine unzuständige Behörde gilt aber nur als rechtzeitig, wenn sie bei einer Bundesbehörde oder der Behörde, deren Entscheid angefochten werden soll, erfolgt (Art. 32 Abs. 4 lit a und Art. 96 Abs. 1 OG). Die Möglichkeit des Einreichens bei der Behörde, die den anzufechtenden Entscheid fällte, wurde im Rahmen einer Revision von Art. 32 OG eingefügt. In der vom Nationalrat vorgeschlagenen Fassung war vorgesehen, eine Eingabe generell als rechtzeitig zu behandeln, wenn sie innert der Frist bei einer unzuständigen Behörde eingereicht wurde. Diese Variante wurde verworfen, da der Gesetzgeber offensichtlich nicht die Eingabe bei einer beliebigen kantonalen Instanz genügen lassen wollte (<ref-ruling>). Vor diesem Hintergrund erscheint es nicht angezeigt, Art. 96 OG analog auf die Eingabe einer Beschwerde bei einem kantonalen Gericht, das den angefochtenen Entscheid nicht selbst gefällt hat, anzuwenden (a. A. betreffend Schiedsgerichtsentscheide Berti/Schnyder, Basler Kommentar, N. 6 zu <ref-law>). Die Einreichung beim Obergericht war daher nicht geeignet, die Frist zur Erhebung der Beschwerde beim Bundesgericht zu wahren. Inwiefern das Obergericht seine Unzuständigkeit in einem Zeitpunkt hätte bemerken müssen, in dem es die Beschwerde noch fristwahrend an das Bundesgericht hätte weiterleiten können, legt die Beschwerdeführerin nicht dar und ist auch nicht ersichtlich. Auch aus diesem Grund ist auf die Rüge nicht einzutreten.
6.- Die staatsrechtliche Beschwerde erweist sich insgesamt als unbegründet und ist abzuweisen soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang des Verfahrens hat die Beschwerdeführerin die Prozesskosten zu tragen und der Beschwerdegegnerin eine Parteientschädigung auszurichten.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.- Die staatsrechtliche Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.-Die Gerichtsgebühr von Fr. 8'000.-- wird der Beschwerdeführerin auferlegt.
3.-Die Beschwerdeführerin hat die Beschwerdegegnerin für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 10'000.-- zu entschädigen.
4.- Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht (III. Zivilkammer) des Kantons Zürich schriftlich mitgeteilt.
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Lausanne, 8. Januar 2001
Im Namen der I. Zivilabteilung
des SCHWEIZERISCHEN BUNDESGERICHTS
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber: