Сергей Романенко родился 29 мая 1958 года в селе Кзыл-Булат Акбулакского района Оренбургской области в семье учителей. По данным на 2016 год, Сергей Романенко проживает в Орске.

Учился в Сагарчинской средней школе, а после переезда семьи — в школе Актюбинска. В 1973 году поступил в Актюбинский строительный техникум. После обучения в 1977 году был направлен в Актюбинский ДСК треста «Актюбжилстрой», а вскоре призван в военно-строительный отряд Туркестанского ВО.

В 1979-м Сергей Романенко стал работать формировщиком в тресте «Актюбжилстроя». После поступил в Алма-Атинский институт инженеров железнодорожного транспорта.

В 1983 году был принят в ряды КПСС, а в 1985 году комсомольский билет ему оставили на вечное хранение.

После обучения Романенко стал работать в ПМС-69 Западно-Казахстанской железной дороги. Вскоре был утверждён инструктором КПСС в Актюбинске, а позже переведён инструктором в отдел строительства и коммунального хозяйства горкома КПСС.

В 1989 году избран секретарём партбюро в Актюбинском ДСК. В 1991 году его назначили начальником отдела кадров и социального развития комбината.

В 1991 году Сергей Романенко участвовал в восстановительном съезде компартии Казахстана и был избран первым секретарём Актюбинского горкома КПК (коммунистическая партия Казахстана) на общих началах.

С 2003 года переехал в Россию. Работал преподавателем в учебном центре ООО «Дельта Инженеринг», который был создан в Орске.

С 2005 года работал менеджером по автоматизации строительного проектирования в филиале ЗАО «АСКОН-Урал». С 2010 года стал директором филиала.

В мае 2012 года Романенко назначили помощником депутата Госдумы Валентина Чикина по работе в Оренбургской области.

В конце 2012 года избран вторым секретарём оренбургского обкома КПРФ.

Женат, трое детей.

Опыт в избирательных кампаниях

Сергей Романенко участвовал в выборах в Заксоб в 2011 году по округу №20. Здесь победил выдвиженец от ЕР Борис Франц с 29% голосов. Романенко занял только четвёртое место. Он также был выдвинут КПРФ лидером региональной части списка №20, но не прошёл в региональный парламент.  

В 2011 году Романенко также выдвигался четвёртым в списке КПРФ в Госдуму по Оренбургской части списка, но не был избран.

На выборах 2016 года в Заксоб выдвигался третьим в общей части списка. В результате голосования прошёл в областной Заксоб. Партийный список КПРФ получил 20,61%.