Прокофий Логвинович Романенко родился в 1918 году и начал свою службу в Красной Армии с 1918 года. В своей военной карьере он прошел обучение на курсах усовершенствования начсостава (1925 г.), курсах усовершенствования высшего комсостава (1930 г.), Военной академии им. М. В. Фрунзе (1933 г.) и Высшей Военной академии им. К. Е. Ворошилова (1948 г.).
В период Гражданской войны П. Л. Романенко командовал партизанским отрядом и принимал участие в боях с белогвардейцами на Южном и Западном фронтах в качестве командира эскадрона, полка и помощника командира кавалерийской бригады. Также он участвовал в национально-революционной войне испанского народа в 1936-1939 годах и был награжден орденом Ленина за героизм и отвагу.
С началом Великой Отечественной войны в 1941 году П. Л. Романенко был командующим 17-й армией Забайкальского фронта, а затем, начиная с мая 1942 года, он служил в действующей армии, командуя 3-й танковой армией и замещая должность заместителя командующего войсками Брянского фронта (сентябрь-ноябрь 1942 г.).
В ноябре 1942 года П. Л. Романенко стал командующим 5-й танковой армией, сформированной на базе 3-й резервной армии Брянского фронта. В середине февраля 1943 года армия, под его командованием, была включена в состав Центрального фронта и принимала участие в наступательной операции на брянском направлении.
В январе-феврале 1943 года П. Л. Романенко командовал 2-й танковой армией, затем 48-й армией Брянского фронта, принимавшей участие в наступлении в направлении Малоархангельска. В марте армия была включена в состав Центрального фронта и принимала участие в Курской битве, освобождении Левобережной Украины и юго-западных частей Брянской области.
С начала войны до конца первой декады ноября войска армии под командованием П. Л. Романенко вели бои за расширение и удержание плацдарма на правом берегу реки Сож, освободили от противника левый берег реки Сож и участвовали в Гомельско-Речицкой, Бобруйской наступательных операциях, а также в освобождении городов Гомель, Жлобин, Бобруйск, Слоним и др.
После войны П. Л. Романенко занял должность командующего войсками Восточно-Сибирского военного округа.
Награжден 2 орденами Ленина, 4 орденами Красного Знамени, 2 орденами Суворова 1 ст., 2 орденами Кутузова 1ст., медалями, а также иностранным орденом.
Умер после длительной тяжёлой болезни 10 марта 1949 года.