В 1954 году окончил Киевский ветеринарный институт.
Работал преподавателем Украинской Академии сельскохозяйственных наук, старшим научным сотрудником Института физиологии им. А.А. Богомольца АН Украины, заместителем главного ученого секретаря Президиума Академии наук Украины.
С 1972 года — заведующий отделом экологической физиологии водных животных, с 1980 года — директор Института гидробиологии НАН Украины.
Основные труды посвящены физиолого-биохимическим механизмам адаптации гидробионтов к тепловым, солевым и ионным факторам водной среды и разработке концептуальных подходов экологической оценки и прогнозирования изменений водных экосистем при антропогенном влиянии.
Научные исследования в области раскрытия механизмов адаптации водных организмов к абиотическим факторам отмечены премией НАН Украины им. В.Я. Юрьева (1984), а цикл работ «Экологические основы биотехнологий воспроизводства рыб и беспозвоночных в аквакультуре» — премией НАН Украины им. И.И. Шмальгаузена (2002).
Виктор Романенко — автор свыше 300 научных работ, в том числе 12 монографий и учебника «Основы гидроэкологии» для студентов экологических и биологических специальностей высших учебных заведений.
Виктор Дмитриевич дважды удостоен Государственной премии Украины в области науки и техники:

в 1995 году совместно с коллегами за разработку научных основ и подходов к экологической оценке влияния крупномасштабного гидротехнического строительства на водные объекты, их биопродуктивность и качество воды;

в 2004 году как автор учебника для вузов «Основы гидроэкологии».
Научно-организационную работу сочетает с педагогической деятельностью. Президент Гидроэкологического общества Украины, главный редактор международного «Гидробиологического журнала».
Избирался народным депутатом и членом Верховного Совета СССР, заместителем главы Комитета по вопросам экологии и рационального использования природных ресурсов Верховного Совета СССР (1989).
Награжден орденом «Дружбы народов» (1986), «Знак Почета» (1980).
Персональная страница академика Романенко
Енциклопедiя Сучасної України
Сайт Института гидробиологии НАН Украины
Сайт «Who-Is-Who.ua»