Павел Романенко родился в 1992 году в Астане (Казахстан). Окончил Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского и ассистентуру-стажировку МГК (2016, 2018, класс профессора Юрия Башмета). Лауреат VIII Международного конкурса альтистов Юрия Башмета Viola Masters и других престижных состязаний.

Регулярно выступает в качестве солиста (скрипка и альт) с ведущими коллективами России и стран СНГ (Государственный симфонический оркестр «Новая Россия», камерный ансамбль «Солисты Москвы», Московский государственный академический симфонический оркестр, Госоркестр Республики Беларусь, оркестр театра «Астана Опера» и др.), а также в составе камерных ансамблей.

Участник фестивалей «Зимние грезы», VIVARTE, «Возвращение», проектов творческого объединения «Притяжение». Сотрудничает со многими известными музыкантами: Александром Рудиным, Александром Князевым, Борисом Андриановым, Никитой Борисоглебским, Александром Бондурянским, Павлом Нерсесьяном, Яковом Кацнельсоном, Дмитрием Маслеевым, Филиппом Копачевским, Даниилом Коганом, Анной Кошкиной, Андреем Барановым и другими. 

Альтист Квартета имени Валентина Берлинского. В 2021 году создал и возглавил оркестр «Новая камерата». С 2023 года – ассистент дирижера театра «Новая опера» имени Е. В. Колобова.