Родился в семье крестьянина.
После окончания школы в родном селе работал в колхозе.
С 1935 газосварщик и мастер сварочного отделения Иркутского авиазавода, окончил 7 классов вечерней школы, учился в вечернем авиатехникуме.
В мае 1939 призван в армию. Служил в секторе береговой охраны сначала рядовым, а по окончании школы – командиром отделения, был комсоргом части.
В 1943 окончил Московское военно-политическое училище им. Ленина.
С марта 1944 – на 1-м Белорусском фронте. Капитан, комсорг 1103-го полка 328 дивизии 47-й армии. Во время форсирования Вислы был с бойцами передового батальона. Когда пехота, прижатая к земле огнем пулеметов, залегла, в атаку поднялся Н.К. Романенков и увлек бойцов на штурм села Дзеканув Польский. Противник атаковал полк 12 самоходками, но они были отбиты, плацдарм сохранен. 27 февраля 1945 присвоено звание Героя Советского Союза.
Погиб в бою за Берлин. Похоронен в польском городе Познань.
Награжден орденами Ленина, Отечественной войны II ст., Красной Звезды.
Именем Героя названа улица в Иркутске, на Иркутском авиазаводе установлен памятник.