Украинский жанровый живописец, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии художеств, член Товарищества передвижных художественных выставок. Родился 9 (21) марта 1862 года в Киеве.
В 1884 году из-за плохого здоровья и по настоянию врачей Пимоненко покинул Академию и, вернувшись в Киев, поступил на должность старшего преподавателя Киевской рисовальной школы, где преподавал вплоть до 1901 года, когда школа прекратила существование.
Принял участие в организации Киевского художественного училища, находившегося в ведении Императорской Академии художеств.
С 1900 года и до конца жизни преподавал графику в Киевском политехническом институте императора Александра II.
После тяжёлой болезни 26 марта 1912 года Николай Пимоненко скончался. Похоронен на Лукьяновском кладбище в Киеве.