В 1993-1994 годах он - заместитель начальника информационно-аналитического управления Министерства Украины по делам национальностей и миграции. Занимался исследовательской и преподавательской деятельностью. Был директором Института политики и Института посткоммунистического общества, заведовал кафедрой политологии Национального университета «Киево-Могилянская академия».
В 2000 году Николай Томенко пришел в команду киевского мэра Александра Омельченко, возглавив Главное управление печати и информации Киевского горсовета. В марте 2001 года Николай Владимирович ушел из власти, откликнувшись на призыв Леонида Кучмы к оппозиционерам определиться, с кем они хотят быть - с властью или с оппозицией. К слову, Николай Томенко едва ли не единственный чиновник, отрекшийся тогда от своей должности.
В марте 1998 года Николай Томенко был выдвинут кандидатом в народные депутаты по партийному списку партии «Реформы и порядок» (N 15). Однако партия парламентские выборы проиграла.
На парламентских выборах 2002 года Томенко получил депутатский мандат по списку блока «Наша Украина» (№ 62). В ходе парламентской кампании 2002 года он был одним из тех, кто формировал идеологию избирательной кампании блока. Еще накануне объявления результатов избирательной гонки Николай Владимирович несколько дерзко заявил, что, согласно его политологическим прогнозам, он получит депутатский мандат, хотя и является N 62 в списке. А если нет, на нем как на политологе можно будет поставить крест. Прогноз Николая Томенко, к удивлению его коллег-политологов, подтвердился. Он попал в парламент, став членом фракции «Наша Украина» и возглавив парламентский Комитет по вопросам свободы слова и информации.
Довольно упорно оппонировал представителям СДПУ (о) и Леониду Кучме. Леонида Даниловича Томенко называл своим «институционным оппонентом».
Во время президентской избирательной кампании 2004 года Николай Владимирович был доверенным лицом Виктора Ющенко. Был членом Комитета национального спасения.
4 февраля 2005 года назначен вице-премьер-министром по гуманитарным вопросам. 8 сентября этого же года подал в отставку с этой должности по собственному желанию, «поскольку не хотел освобождаться вместе с олигархической командой секретаря Совета национальной безопасности Украины Петра Порошенко». Томенко был одним из тех, на отставке которого настаивал Президент Ющенко в обмен на увольнение ближайших своих соратников.
В ноябре 2005 года покинул партию «Реформы и порядок».
На парламентских выборах 2006 года Николай Томенко баллотировался по списку Блока Юлии Тимошенко (№ 3). Кроме того, Николай Владимирович возглавлял партийный список БЮТ в Киевсовет.
С июля 2006 года - глава парламентского Комитета по вопросам семьи, молодежной политики, спорта и туризма.
8 февраля 2007 года избран заместителем председателя Верховной Рады Украины.
В 2006 году в «Топ-100» самых влиятельных людей Украины, которых ежегодно определяет журнал «Корреспондент», Николай Томенко занял 68-ю позицию.
На досрочных парламентских выборах 2007 года депутатский мандат получил по списку БЮТ (№3).
В 2007 году в рейтинге журнала «Фокус» «200 самых влиятельных украинцев» занял 42-е место.
Взгляды
Николай Томенко за:
- увеличение количества женщин в парламенте;
- создание Общественного телевидения;
- сокращение государственного финансирования СМИ;
- создание комиссии Верховной Рады по вопросам расследования источников финансирования Коммунистической партии Украины;
- создание журналистами профсоюзов;
- возвращение народу Национальной телекомпании;
- усиление уголовной ответственности за препятствование деятельности журналистов;
- обеспечение прозрачности экономических отношений в сфере деятельности СМИ;
- реорганизацию Первого общенационального телеканала;
- создание кабельного политического канала, который бы транслировал сессию Верховной Рады и заседания Кабинета Министров;
- создание Информационного кодекса;
- уточнение статуса Государственного комитета по информационной политике;
- ограничение легионеров в украинском футболе;
- создание клуба российско-украинских деятелей искусств в национальном историко-культурном заповеднике «Качановка» в Черниговской области.