С 2007 года призывается в национальную сборную Украины. В 2009 году главный тренер сборной Анатолий Куцев вызвал Романенко на чемпионат Европы в Финляндии. После победного гола в ворота Уэльса 17 сентября 2014 года, главный тренер валлийек Ярмо Матикайнен был отправлен в отставку.