Фоменко начал свою карьеру в футболе как воспитанник сумского «Спартака», а затем играл за «Зарю» Луганск и киевское «Динамо». Он достиг наибольшего успеха как игрок в «Динамо», где он играл с 1972 по 1978 год, став трехкратным чемпионом СССР, а также выиграл Кубок Кубков и Суперкубок УЕФА.
После завершения игровой карьеры из-за проблем со спиной, Фоменко перешел к тренерской работе, возглавляя такие клубы, как «Динамо», «Металлист», «Верес» и другие. С «Динамо» он выиграл чемпионат УПЛ и Кубок Украины.
В 2012 году Фоменко стал тренером национальной сборной Украины, с которой работал до 2016 года, выведя команду на Евро-2016. После неудачи на этом турнире он покинул сборную и завершил свою тренерскую карьеру.
В последние годы жизни Фоменко столкнулся с проблемами со здоровьем, и прошлым летом стало известно о его борьбе с онкологическим заболеванием.
