Фоменко почав свою кар’єру у футболі як вихованець сумського «Спартака», а потім грав за «Зорю» Луганськ та київське «Динамо». Він досяг найбільшого успіху як гравець у «Динамо», де він грав з 1972 по 1978 рік, ставши триразовим чемпіоном СРСР, а також виграв Кубок Кубків та Суперкубок УЄФА.
Після завершення гравецької кар’єри через проблеми зі спиною, Фоменко перейшов до тренерської роботи, очолюючи такі клуби, як «Динамо», «Металіст», «Верес» та інші. З «Динамо» він виграв чемпіонат УПЛ та Кубок України.
У 2012 році Фоменко став тренером національної збірної України, з якою працював до 2016 року, вивівши команду на Євро-2016. Після невдачі на цьому турнірі він покинув збірну і завершив свою тренерську кар’єру.
У останні роки життя Фоменко зіткнувся з проблемами зі здоров’ям, і минулого літа стало відомо про його боротьбу з онкологічним захворюванням.
