Николай Николаевич Еременко (младший) родился 14 февраля 1949 года в Витебске в актерской семье.
Его отец, Николай Еременко (старший) был народным артистом СССР, а мать – народная артистка Белоруссии Галина Орлова.
В 1967 Николай Еременко-младший поступил во ВГИК на курс Сергея Герасимова и Тамары Макаровой. Дипломной работой Еременко стала роль Жюльена Сореля в постановке Сергея Герасимова по роману Стендаля «Красное и черное».
В 1971 году Еременко стал актером Театра-студии киноактера, а с 1976 – актером студии имени Горького. В кино Еременко дебютировал ролью Алеши в фильме Сергея Герасимова «У озера» (1969), затем сыграл в другом фильме Герасимова – «Любить человека» (1972).
Позднее он достаточно активно снимался в ряде других фильмов, а первый значительный успех к актеру пришел после экранизации романа Стендаля «Красное и черное» (1976).
Заметными явлениями советского кинематографа стали фильмы с участием Еременко «Хождение по мукам» (1977), «Трактир на Пятницкой» (1977), «Тридцать первое июня» (1978). Одной из самых известных актерских работ Еременко стала роль старшего механика, сыгранная им в фильме «Пираты ХХ века» (1980). Успех этого фильма сделал Еременко, одной из культовых фигур советского кино и секс-символом эпохи, в которой эти термины еще не употреблялись.
И в последние годы советского периода и после распада СССР Николай Еременко-младший остался востребованным и продолжал активно работать в кино. В 1995 году он дебютировал как кинорежиссер, сняв картину «Сын за отца», в которой свою предпоследнюю роль сыграл Николай Еременко-старший.
После смерти отца 1 июля 2000 года, Еременко на общественных началах стал работать в посольстве Белоруссии в Москве советником по культуре, отчасти унаследовав место Еременко-старшего, который был в Белоруссии не только популярным актером, но и авторитетным общественным деятелем.
Николай Еременко-младший скончался от инсульта 27 мая 2001 года в Москве. Похоронен в Минске на Московском кладбище рядом с отцом.