Родился 30 апреля 1962 года. Мать Николая - балерина, отец - физик, кандидат технических наук, член Российской академии метрологии.

Николай учился в школе № 222, переквалифицированной в то время в школу олимпийского резерва. В этот период он серьёзно занимался горными лыжами и получил звание мастера спорта.

После школы закончил Ленинградский государственный институт театра, музыки и кинематографии (ЛГИТМиК).

Был женат на актрисе Марии Голубкиной, в браке родились дети - Анастасия и Иван. Также имеет дочь от первого брака - Екатерина. В апреле 2009 у Николая родился сын, тоже Николай, от третьей супруги, Наталии Кутобаевой.

Во время учёбы в институте, в 1982 вместе с Максимом Леонидовым и Дмитрием Рубиным организовал музыкальную группу «Секрет». Группа имела огромный успех в СССР с середины 1980-х до начала 1990-х годов.

Покинул группу в 1996 году.

В кино Фоменко сначала появился в эпизодических ролях в в картинах «Скорость» (1983), «Как стать звездой» (1986), «Анекдоты» (1990)

Первой крупной ролью стал Коля в фильме Владимира Машкова «Сирота казанская» (1997).

В театре Фоменко играл главные роли в таких спектаклях, как «Трубач на площади», «Что случилось в зоопарке», «Собачье сердце» и «Трёхгрошовая опера».

Интерес к автоспорту появился у Николая Фоменко ещё во время учёбы в институте, он тренировался на «Ладе», пытался всерьёз заниматься картингом, но тогда в Ленинграде для этого не было возможностей.

В 1994 году Влад Листьев, пригласил Николая в команду звёзд на так называемые «Гонки на выживание». Он начал серьёзно заниматься тренировками под руководством Игоря Кузнецова. Итогом годовых тренировок и заездов стали несколько побед в «Гонках на выживание» в 1996 году, а потом и бронзовая награда в кубке «Даниан» по ралли-кроссу.

В сезоне 1997 года Николай Фоменко трижды поднимался на третью ступень пьедестала уже в шоссейно-кольцевых гонках в составе команды «Miller Pilot» и в итоге завоевал звание чемпиона России. В том же году он стал бронзовым призёром Открытого первенства Санкт-Петербурга.

Вместе с Николаем начинает выступать один из самых знаменитых российских гонщиков Алексей Васильев.

В 1998 стал серебряным призёром зимних трековых гонок на ипподроме Московской области.

В 1999 участвовал в Чемпионате России по кольцевым автогонкам в классе «Туризм».

В 2000 году Николай Фоменко и Алексей Васильев в составе команды «ТНК Racing» продолжили участие в чемпионате России по шоссейно-кольцевым гонкам в классе «Туризм-1600». Несмотря на то, что для Николая сезон начался тяжёлой аварией, команда «ТНК Racing» добилась впечатляющих результатов, а Николай повторил своё высшее достижение в автоспорте, в составе команды добившись титула «Чемпион России». «ТНК Racing» стала первой российской командой, которая получила право участвовать в Чемпионате Европы по классу «Гран Туринг» (Grand Touring).

В 2000 году Николай Фоменко, за победу в Чемпионате России, стал мастером спорта России по автоспорту. (По другому источнику, это случилось в 2002 году).

2001 Участие в Чемпионате мира FIA GT с Freisinger Motorsport (9 этапов)

2002 Участие в Чемпионата мира FIA GT с RWS Motorsport (10 этапов), 6-е место на трассе Донингтон Парк (Великобритания). Участние в гонках «24 часа Дайтоны» и «12 часов Себринга».

2003 Участие в Чемпионате мира FIA GT с RWS Motorsport (10 этапов), 4-е место на трассе Энна-Пергуза (Италия). Николаю Фоменко присвоено звание Мастер спорта Международного Класса.

В 2004 году в составе команды Freisinger YUKOS Motorsport стал победителем международного чемпионата по автогонкам FIA Grand Touring в классе N - GT. В ходе сезона впервые поднялся на подиум в гонке в Маньи-Куре (Франция), заняв 3 место. Кроме того, в 2004 году вошёл в первый российский экипаж, принявший участие в легендарной гонке «24 часа Ле-Мана».

В 2005 году основал команду «Russian Age Racing», которая стала первой гоночной командой с российской лицензией, выступающей в чемпионате FIA GT. Вторая попытка выступления российской команды в Ле Мане завершилась финишем на 5 месте в GT1.

C 2005 года в качестве руководителя «Russian Age Racing» открыл молодёжную программу для талантливых российских пилотов. Тренирует 16-летнего гонщика Ивана Лукашевича, выступающего в серии Formula Palmer Audi при поддержке «Ауди Россия».

В 2007 году озвучил русскую версию игры Need For Speed: ProStreet. А 2 февраля 2011 года возглавил инженерный департамент команды Формулы-1 Marussia Virgin Racing.

Является креативным продюссером первого серийного российского спорткара Marussia.

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.