Родился  5 августа 1923 года в городе Торговый (ныне Сальск) Ростовской области в семье рабочего. Русский. 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. Член ВКП(б)/КПСС с 1943 года.

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».

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.

Награждён орденами Ленина (22.07.1944), Отечественной войны 1-й степени (11.03.1985), медалями, в том числе «За отвагу» (1.05.1944).

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.

179-я стрелковая дивизия в 1942 году сражалась на Калининском фронте на территории Калининской и Смоленской областей. Участвовала в составе 22-й армии в Сычёвско-Вяземской наступательной операции (8 января – 20 апреля 1942 года), в ходе которой наступала  на город Белый, безуспешно пыталась его взять, до июля 1942 года оборонялась в окружении на окраине города Белый, понесла большие потери. Части дивизии мелкими группами прорывались из окружения. В декабре 1942 года находилась в Духовщинском районе Смоленской области.

В 1943 году дивизия продолжала воевать на Калининском (с 20 октября – 1-м Прибалтийском) фронте. Участвовала в составе 43-й армии в Смоленской стратегической наступательной операции (7 августа – 2 октября 1943 года), в том числе в Духовщинско-Демидовской наступательной операции (14 сентября – 2 октября 1943 года), в ходе которой она наступала на Демидовском направлении и вышла на территорию Белоруссии. На территории Витебского района вела упорные бои до января 1944 года.

В этих боях Н.И.Филоненко получил свою первую награду.

Командир орудия сержант Н.И.Филоненко в боях за деревню Лопашнево (Суражский район Витебской области)  в декабре 1943 года своим орудием уничтожил 26 гитлеровцев, 2 пулемета, 1 орудие. В январе 1944 года в районе деревни Шабуни (Витебский район Витебской области) разбил наблюдательный пункт противника, уничтожил 1 пулемет, подавил огонь орудия прямой наводки. Был награжден медалью «За отвагу».

В дальнейшем на 1-м Прибалтийском фронте в составе 43-й армии принимал участие в следующих боевых операциях:

Витебская наступательная операция (3 февраля – 13 марта 1944 года);

Белорусская стратегическая наступательная операция "Багратион":
Витебско-Оршанская наступательная операция (23 – 28 июня 1944 года), в том числе освобождение Витебска;
Полоцкая наступательная операция (29 июня – 4 июля 1944 года);
Шяуляйская наступательная операция (5 – 31 июля 1944 года);

Прибалтийская стратегическая наступательная операция:
Рижская наступательная операция (14 сентября – 5 октября 1944 года);
Мемельская наступательная операция (5 – 22 октября 1944 года).

С января 1945 года в составе 4-й ударной армии на 2-м Прибалтийском (в самом конце войны – Ленинградском) фронте участвовал в боях по разгрому прижатой к морю вражеской группировки на Курляндском полуострове, в  том числе в освобождении города Мемель (Клайпеда).

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».

Командир 619 артполка подполковник Васильев
4 июля 1944 года

При подготовке биографии, кроме приведенных источников, использован материал сайта «Сальск. Информационный портал» (очерк Марины Ищенко «Его именем названа улица»).