Родился 5 ноября 1918 года в селе Жирковка, ныне Машевского района Полтавской области (Украина), в семье крестьянина. Окончил неполную среднюю школу, рабфак и аэроклуб в Харькове. В 1935 году был призван в ряды Красной Армии. В 1938 году окончил Чугуевское военное авиационное училище лётчиков.

На фронтах Великой Отечественной войны с октября 1942 года. В марте 1943 года 744-й истребительный авиационный полк ( 282-я истребительная авиационная дивизия ), где Иван Романенко служил в должности командира эскадрильи, был направлен на Центральный фронт в 16-ю Воздушную армию...

Уже к июлю 1943 года штурман 774-го истребительного авиационного полка ( 282-я истребительная авиационная дивизия, 16-я Воздушная армия, Центральный фронт ) старший лейтенант И. И. Романенко совершил 85 боевых вылетов на Як-1, участвовал в 23 воздушных боях, в которых лично сбил 16 вражеских самолетов и 1 в составе группы.

Штурман 744-го ИАП капитан И. И. Романенко участвовал в освобождении Белоруссии и Польши.

За образцовое выполнение боевых заданий командования, мужество, отвагу и геройство, проявленные в борьбе с немецко - фашистскими захватчиками, Указом Президиума Верховного Совета СССР от 4 февраля 1944 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда".

Всего совершил около 200 успешных боевых вылетов, в 61 воздушном бою сбил 29 самолётов лично и 3 в группе с товарищами.

После окончания войны Иван Иванович продолжил службу в ВВС. В 1951 году подполковник И. И. Романенко окончил Военно - Воздушную академию. Был начальником Краснодарского Высшего военно - авиационного училища.

В 1971 году генерал-майора Романенко И.И. направляют в Арабскую Республику Египет. В период с января 1971 по апрель 1972 г. он выполняет особое задание Правительства СССР, командует авиационной группой.

В 1974 году ушёл в отставку в звании генерал - майора. Жил и работал в Краснодаре.

Умер 8 июня 1978 года.