Родился в 1912 году в городе Дятьково ныне Брянской области в семье рабочего. Русский. Окончил 7 классов. Работал в котельной и в электрохозяйстве. В 1932-35 годах служил в Красной Армии. Весной 1935 года после демобилизации приехал в Москву и поступил работать электриком в московский Метрострой. Начал работу на станции "Площадь Революции". Вскоре стал проходчиком, быстро освоил все механизмы, которые в 30-е годы были на вооружении метростроевцев. Участвовал в строительстве туннелей и станций Арбатско-Покровской и Горьковско-Замоскворецкой линий. В свободное от работы время увлекался спортом, был членом Осоавиахима, занимался альпинизмом, мотогонками, парашютным спортом, был чемпионом Метростроя по стрельбе и акробатике. Когда началась Великая Отечественная война, Феноменов отказался от брони, которая давалась метростроевцам ведущих специальностей, и добровольно ушел на фронт. 24 июня 1941 года он в составе 1-й Московской Пролетарской мотострелковой дивизии выехал на фронт. Воевал сапёром отдельного инженерного батальона, затем после получения гвардейского звания – сапёром 22-го гвардейского отдельного саперного батальона на Западном, Юго-Западном и снова Западном фронтах. Участвовал в боях на реке Березина, в контрударах между Борисовом и Оршей, в обороне по реке Вопь северо-восточнее города Ярцево. В начале сентября 1941 года дивизия оттеснила немцев с восточного берега реки, форсировала эту водную преграду и закрепилась на плацдарме, который удерживала в течение всего сентября и приковала к себе значительные силы противника. За эту стойкость героическое соединение было преобразовано в 1-ю гвардейскую мотострелковую дивизию. Во время Сумско-Харьковской оборонительной операции в октябре 1941 года в составе 40-й армии Юго-Западного фронта сапёр Феноменов участвовал в боях в районе посёлка Штеповка и в обороне города Сумы. После оставления Сум дивизию Феноменова перебросили под Москву и включили в состав 33-й армии Западного фронта. Она заняла оборону на окраине города Наро-Фоминск. В конце октября 1941 года гвардии красноармеец Феноменов участвовал в тяжелых боях в Наро-Фоминске, а после его оставления – на рубеже реки Нара. 6 ноября 1941 года Феноменов в составе группы разведчиков проник в тыл врага. Разведчики захватили мост через приток Нары, а Феноменов заминировал его и подорвал. За этот подвиг он был представлен к награждению медалью "За отвагу", которую ему так и не вручили. 22 ноября 1941 года дивизии была поставлена задача ликвидировать немецкий плацдарм в районе деревни Конопеловка. В 800 метрах в тылу врага на этом участке у гитлеровцев был мост, по которому противник перебрасывал пополнения. 27 ноября 1941 года гвардии красноармеец Феноменов в группе командира взвода гвардии младшего лейтенанта Плужникова проник в тыл врага и, уничтожив охрану моста, взорвал его. Это способствовало успешной ликвидации вражеского плацдарма. За отличие гвардии красноармеец Феноменов был награждён орденом Красной Звезды. В декабре 1941 года Феноменов участвовал в контрнаступлении своей дивизии под Москвой. В составе 33-й армии генерала Ефремова он наступал на Вяземском направлении, освобождал Наро-Фоминск и Верею. В январе 1942 года армия глубоко вклинилась во вражеские тылы, где попала в тактическое окружение. Здесь, на западном берегу реки Угра, в марте 1942 года Феноменов выполнял очередное задание, когда группу саперов обнаружил противник и открыл по ним ураганный огонь. Рядом с Феноменовым взорвался снаряд. Осколками от взрыва ему перебило руки, попали они и в лицо. В полевом госпитале Феноменову сразу же удалили один глаз. Надежд на спасение второго глаза тоже было мало. Гвардеец лишился также обеих кистей рук. В тяжелейшем состоянии он был вывезен из окружения на "Большую землю", а затем санитарным поездом был направлен в тыловой госпиталь в город Ташкент. Более 2 лет провел Феноменов в госпиталях. Затем вернулся в Москву с заключением медиков о полной и необратимой потере трудоспособности, пожизненной 1-й группе инвалидности. Но мужественный воин не думал сдаваться. Приходилось всему учиться заново. Он проводил долгие, порой изнурительные, тренировки и занятия лечебной физкультурой. Воля и упорство победили, и его снова приняли в Метрострой. Работал Н.А.Феноменов сначала в мастерских, заведовал инструментом, потом поступил в техникум на заочное отделение. Продолжал работать под землей. Но ему, инвалиду 1-й группы, было запрещено работать с техникой. Феноменов переборол судьбу и добился разрешения. В 1953 году, когда строили станцию "Новослободская", начальником строительства Т.В.Фёдоровой, с которой Феноменов ещё в 30-х годах проходил первые туннели, и прыгал с парашютом в метростроевском аэроклубе, он был принят в проходчики под свою ответственность. В 1955 году Н.А.Феноменов стал механиком. До 1972 года он работал в шахтах метро, затем был назначен начальником механического цеха. Несмотря на физические ограничения, стал новатором строительства, знатным метростроевцем. Ему было присвоено звание "Заслуженный строитель РСФСР". В 1975 году был избран почётным гостем III фестиваля дружбы молодёжи ГДР и СССР. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 15 июня 1970 года за выдающиеся производственные достижения и проявленную трудовую доблесть Феноменову Николаю Алексеевичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали "Серп и Молот". С 1976 года Н.А.Феноменов работал инженером по техническому обучению строительно-монтажного управления №3 Метростроя. За заслуги в коммунистическом воспитании молодежи его имя занесено в Книгу почета ЦК ВЛКСМ. Н.А.Феноменов принимал активное участие в создании музея в городе Наро-Фоминске. За боевые и трудовые подвиги ему в 1979 году было присвоено звание Почётного гражданина города Наро-Фоминска. Жил в Москве. Умер в 1987 году. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище. Награжден орденами Ленина, Трудового Красного Знамени, Красной Звезды, медалями.