Николай был женат четыре раза. В 1980 году первой женой Николая стала актриса Елена Лебедева, дочь народного артиста СССР Рэма Лебедева. От этого брака у Николая есть дочь Екатерина.

В 1985 году во время военной службы Николай познакомился с солисткой армейского театра Людмилой Гончарук. На момент встречи Фоменко состоял в браке, у него росла дочь, но он оставил семью из-за романа с Людой.Вместе они прожили 13 лет.

В 1995 году Фоменко женился в третий раз на актрисе Марии Голубкиной, от которой родились двое детей Анастасия (1998 года рождения) и Иван (2003 год рождения).

В июле 2008 год женился на Кутобаевой Наталье, пресс-секретаре губернатора Санкт-Петербурга Валентины Матвиенко, а в апреле 2009 года у пары родился сын Николай.