В 1954 году окончил Днепропетровский медицинский институт.
В 1955—1963 гг. — врач-педиатр, главный врач Ново-Покровской районной больницы, в 1963—1967 гг. — заведующий Днепропетровским городским, в 1967—1975 гг. — областным здравотделами.
С 1975 по 1989 год — министр охраны здоровья Украины.
Он был основателем Научного центра радиационной медицины НАМН Украины и его генеральный директор (1986—2000).
С 2000 года — советник при дирекции Научного центра радиационной медицины НАМН Украины.
Известный ученый, плодотворно работает в области радиационной гигиены.
Основные направления его научной деятельности: радиационная медицина, радиационная гигиена, радиология, стратегия медицинских контрмер при крупномасштабных радиационных авариях.
А.Ю. Романенко является основателем научного направления: эпидемиологическая оценка воздействия ионизирующей радиации в малых дозах, ретроспективные исследования диагнозов индивидуальных и коллективных доз облучения полученных репрезентативными группами населения.
Внес весомый вклад в развитие научных исследований, способствовали изучению эпидемиологии пострадиационных лейкемий и улучшению своевременного выявления и ранней диагностики данной патологии.
Автор более 300 научных работ, в том числе 12 монографий, 3 авторских свидетельств. Подготовил одинадцать докторов и кандидатов наук.
Основные научные труды:

«Проблемы и организационные принципы здравоохранения в условиях крупных коммунальных аварий на атомных электростанциях с позиций анализа медицинских последствий Чернобыльской катастрофы» (1999);

«Эффективность организационных мероприятий по минимизации последствий Чернобыльской катастрофы» (1999);

«Биологические эффекты низких доз облучения» (1999);

«Радиационная медицина в объективной оценке последствий Чернобыльской катастрофы» (2000);

«Солидные раки и рак щитовидной железы у подростков и взрослых на наиболее пострадавших территориях Украины после Чернобыльской катастрофы» (2004);

«Chronic lymfoid leukemia in the eohort of clean up workers following the Chornobyl аccident (epidemiologic and hematologic aspects)» (2005).
Анатолий Романенко входит в состав проблемной комиссии «Проблемы радиационной медицины» МЗ и НАМН Украины, является председателем Центрального межведомственного экспертного совета по установлению причинной связи болезней, инвалидности и смерти с действием ионизирующего излучения и других вредных факторов вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, директором Центра сотрудничества с ВОЗ по сети медицинской готовности и помощи при радиационных авариях, членом ученого совета НЦРМ АМН Украины, членом научного совета по теоретической и практической медицины Президиума НАМН Украины, членом Ученого совета Минздрава, членом редакционного совета журнала «Украинский медицинский журнал» и сборника «Проблемы радиационной медицины».
Награжден орденом «Знак почета» (1961), тремя орденами Трудового Красного Знамени, орденом Октябрьской революции (1975), медалями.
Википедия
Сайт НАМН Украины
Who-is-Who.ua