Николай Фоменко родился в Ленинграде (ныне — Санкт-Петербург). Окончил Ленинградский государственный институт театра, музыки и кинематографии (ЛГИТМиК). В 1983 году вместе с Максимом Леонидовым и Дмитрием Рубиным организовал музыкальную группу «Секрет». Тогда же впервые дебютировал в качестве актера.
Еще во время учебы в институте Николай Фоменко проявлял большой интерес к автоспорту, что в итоге привело его к созданию в 2007 году (совместно с предпринимателем Ефимом Островским) российской автомобильной компании Marussia Motors. В апреле 2014 года компания объявила себя банкротом, а всё ее имущество было распродано.