Родился 16 июля 1923 года в селе Чернянка (ныне Чернянский район). Окончил начальную школу. Работал кузнецом в местном колхозе. В армию пошел добровольцем осенью 1941-го и почти сразу же попал на фронт. 

Разведчик 272-го гвардейского минометного полка (6-й гвардейский танковый корпус, 3-я танковая армия, Воронежский фронт) гвардии рядовой Петренко Н.А. отличился при форсировании Днепра 22 сентября 1943 года у села Григоровка (Каневский район Черкасской области). 

В 1943 году пропал без вести. 

10 января 1944 года Указом Президиума Верховного Совета СССР Петренко Н.А. присвоено звание Героя Советского Союза. Награжден орденами Ленина, Красного Знамени. Имя Героя носит улица в родном селе.