Николай Иванович Филоненко родился  5 августа 1923 года в городе Торговый (ныне Сальск) Ростовской области в семье рабочего. Окончил 7 классов, работал учеником токаря, токарем на механическом заводе имени братьев Красновых (ныне завод кузнечно-прессового оборудования) в Сальске. Призван в армию в ноябре 1941 года Сальским райвоенкоматом.

В действующей армии – с декабря 1941 года на Калининском фронте. В дальнейшем воевал на 1-м и 2-м Прибалтийском, Ленинградском фронтах. Сражался в 619-м артиллерийском полку 179-й стрелковой дивизии. Особо отличился в ходе Белорусской стратегической наступательной операции при освобождении Витебской области Белоруссии.

В боях 23 июня 1944 года в районе поселка городского типа Шумилино огнём своего орудия способствовал наступлению пехоты и танков, а 25 июня – форсированию реки Западная Двина. Переправившись через реку, огнем своего орудия отражал контратаки противника, способствуя удержанию захваченного плацдарма. 27 июня в бою у деревни Рубеж (Бешенковичский район Витебской области), оставшись один у орудия, подбил два тяжелых самоходных орудия противника.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 22 июля 1944 года за мужество и героизм, проявленные при форсировании реки Западная Двина, Филоненко Николаю Ивановичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

Из наградного листа на присвоение звания Героя Советского Союза

Во время артиллерийского наступления в районе местечка Шумилино Витебской области 23 июня 1944 года сержант Филоненко огнем своего орудия уничтожил 1 орудие противотанковой обороны, 4 пулеметных точки, минометную батарею противника, разбил 2 дзота.

Исключительную смелость и отвагу проявил при форсировании реки Западная Двина 25 июня 1944 года. Своим орудием прикрывал переправу стрелковых подразделений через реку и на прямой наводке уничтожил минометную батарею противника, 2 пулеметные точки, обеспечив этим форсирование реки. После этого сразу же организовал и и лично руководил переправой через реку Западная Двина на подручных средствах своего орудия.

В это время противник перешел в контратаку, намереваясь оттеснить наши подразделения на противоположный берег. Сержант Филоненко, не теряя ни минуты, развернул свое орудие и прямой наводкой уничтожил до 80 гитлеровцев, 1 пулемет, 75-мм орудие, подбил танк противника. Атака его захлебнулась.
Этим был обеспечен захват плацдарма на левом берегу реки Западная Двина.

В районе местечка Бешенковичи Витебской области 26 июня 1944 года, отражая прямой наводкой контратаку противника, расстрелял до роты гитлеровцев и подбил 2 танка.

В период боя с окруженной группировкой противника в районе деревни Рубеж  Витебской области 27 июня 1944 года, оставшись один у орудия и самоотверженно работая за все номера, несмотря на превосходящие силы, прямой наводкой отражал попытку противника вырваться из окружения. В этом бою своим орудием лично уничтожил до 340 гитлеровцев. 5 пулеметов, 2 самоходных орудия «Фердинанд». Когда попаданием снаряда орудие было выведено из строя, он быстро привел из укрытия лошадей и под пулеметным огнем, рискуя жизнью, вывез орудие в надежное место.

За смелость, отвагу и геройство, проявленные в боях с немецкими захватчиками, достоин присвоения звания «Герой Советского Союза».

После войны демобилизован. Вернулся в Сальск, был на комсомольской работе, затем работал заместителем директора горторга по кадрам, секретарем партийной организации вагонного депо станции Сальск.

Скончался 16 марта 1999 года.

Почетный гражданин города Сальска и Сальского района (1995).
Имя Героя носит одна из улиц Сальска. В 2005 году  имя Н.И.Филоненко присвоено Сальскому городскому дому пионеров и школьников.