Завършва през 1988 г. Ленинградското, дн. Санкт ПетербургскотоСуворовско военно училище[3], а през 1992 г. завършва Черниговското висше военноавиационно училище за летци. Служи в армията до зачисляването си в отряда на космонавтите. Това става на 1 декември1999 г., когато му е присвоена квалификацията космонавт-изпитател. Дотогава той от 16 януари1998 до 26 ноември 1999 г. преминава общокосмическа подготовка.[2] Прехвърлен е на служба в Центъра за подготовка на космонавти „Ю. Гагарин“, от Министерството на отбраната през август 2009 г. (по време на пребиваването си в космоса).
Дмитрий Медведев връчва на Р. Романенко Златна звезда на Герой на Русия. Москва, Кремъл. 6 май 2010.
За времето на службата си усвоил самолетите L-39, Ту-134, и има общ нальот от около 800 часа. Квалифициран е като военен летец 3-ти клас.[2]
Той е третият потомствен космонавт в света (първия – Сергей Волков, втория – космическия турист Ричард Гериът).
На 12 април2010 г. Президента на РусияДмитрий Медведев подписва Указ за присвояване на званието Герой на Русия и почетното звание „Летец-космонавт на Русия“ на космонавта-изпитател – командира на отряда космонавти на федералното държавно бюджетно учреждение „Научноизследователски изпитателен център за подготовка на космонавти „Ю. Гагарин“ Роман Романенко. Званието си той получава за „мъжество и героизъм, проявени при осъществяването на космическия полет на Международната космическа станция“.[5]
