Родился 19 апреля (1 мая) 1916 года в селе Сенное (ныне Богодуховский район Харьковской области Украины). Окончил 7 классов. Учился в Изюмском медицинском техникуме (Харьковская область). С 15 сентября 1935 года в рядах Красной Армии. В 1938 году окончил Чугуевскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в строевых частях ВВС Ленинградского военного округа. Участник похода Советских войск в Западную Украину и Западную Белоруссию в 1939 году.

С 30 ноября 1939 по 13 марта 1940 гг. младший лейтенант Н. Ф. Макаренко принимал участие в Советско-Финляндской войне. Воевал в составе 44-го ИАП (54-я ИАБР, ВВС 7-й Армии, Северо-Западный фронт). Совершил 53 боевых вылета на И-16, воздушных побед не имел.

С 22 июня 1941 года лейтенант Н. Ф. Макаренко в действующей армии. Воевал в составе 153-го ИАП (22 ноября 1942 года преобразован в 28-й Гвардейский ИАП), где прошёл путь от командира звена до командира эскадрильи. Сражался на Северном, Ленинградском и Брянском фронтах. Летал на И-153 и "Аэрокобре". 20 августа 1941 года был сбит в воздушном бою над Ладожским озером, упал в воду. Лётчик сумел выбраться из тонущего самолёта и вплавь добраться до ближайшего острова, был спасён нашими катерниками и продолжил боевую работу.

К декабрю 1941 года командир эскадрильи 153-го истребительного авиационного полка (5-я смешанная авиационная дивизия, 23-я Армия, Ленинградский фронт) старший лейтенант Н. Ф. Макаренко совершил 262 боевых вылета (включая 98 на штурмовку), в 11 воздушных боях сбил лично 1 и уничтожил на земле 2 самолёта. Кроме этого уничтожил при штурмовках много различной техники и живой силы противника.

1 июля 1942 года командир эскадрильи 28-го Гвардейского истребительного авиационного полка (244-я бомбардировочная авиационная дивизия, 2-я Воздушная армия, Брянский фронт) Гвардии капитан Н. Ф. Макаренко в воздушном бою над Воронежем был тяжело ранен в руку, отправлен в госпиталь (лечился 7 месяцев). К тому времени совершил 272 боевых вылета (включая 105 на штурмовку), провёл около 15 воздушных боёв и сбил лично 4 самолёта противника. Весной 1943 года списан с лётной работы, вернулся в свой полк, затем убыл к новому месту службы. Войну закончил в звании Гвардии майора. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 февраля 1943 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 823).

После окончания войны продолжал служить на различных должностях в ВВС. В 1950 году окончил Краснознамённую военно-воздушную инженерную академию. Служил на различных инженерных должностях в Государственном научно-испытательном институте ВВС, участвовал в подготовке к полёту первого в Мире пилотируемого космического корабля "Восток". С 30 апреля 1970 года Гвардии инженер-полковник Н. Ф. Макаренко - в запасе. Жил в посёлке Чкаловский (Щёлковский район Московской области). Умер 12 января 1998 года. Похоронен на кладбище деревни Леониха (Щёлковский район).

В посёлке Чкаловский на доме, в котором жил Герой, установлена мемориальная доска. Имя Николая Макаренко присвоено самолёту МиГ-23П из состава 28-го Гвардейского ИАП.

Награждён орденами: Ленина (20.12.1941, 10.02.1943), Красного Знамени (13.09.1942, 30.12.1956), Отечественной войны 1-й степени (11.03.1985), Трудового Красного Знамени (17.06.1961), Красной Звезды (15.11.1950); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (06.11.1945).