Село Новониколаевка стоит в 4 км от левого берега реки Горбыль (левый приток реки Томь).
Село Новониколаевка расположено к востоку от села Ромны. Автомобильная дорога идёт через Братолюбовку, расстояние до районного центра Ромненского района — 22 км.