Награждён двумя орденами Трудового Красного Знамени, орденом Ленина, а также медалями.
С начала 1920-х годов Омельяновский вёл активную политико-просветительскую работу в Монастырищенском районе Винницкой области, сочетая её с изучением трудов К. Маркса, Ф. Энгельса, В.И. Ленина, работ по философским проблемам физики.
В 1928 году поступил в Институт красной профессуры. Одновременно учился в Институте философии Московского университета.
С 1931 года заведовал кафедрой философии Воронежского химико-технологического института.
В 1946 году защитил докторскую диссертацию по философским вопросам измерения. Тогда же ЦК КПСС направляет его на работу в качестве директора Института философии АН УССР. В 1948 году избран академиком АН УССР. В 1950—1951 годы работает председателем Отделения общественных наук АН УССР.
С 1955 года и вплоть до своей кончины работает в Институте философии АН СССР, сначала заместителем директора, а с 1964 года заведующим отдела философских проблем естествознания.
Омельяновский внёс большой вклад в развитие контактов философов и учёных-естественников. В своих работах он стремился раскрыть методологическое значение принципа наблюдаемости. Рассматриваемые им проблемы включают аксиоматический подход в физической теории, особенности субъектно-объектных отношений в физике XX века, философский смысл корпускулярно-волнового дуализма, диалектические моменты в концепции дополнительности Бора, диалектика элементарного и сложного в физике высоких энергий, соотношение понятий пространства, времени и материи с точки зрения диалектики абсолютного и относительного, прерывного и непрерывного и другие. Особое внимание он уделял обоснованию идеи о существовании объективной реальности и ее методологическому значению для физики. Подверг критическому анализу индетерминистские интерпретации квантовой механики.
В 1976 году его работа «Диалектика в современной физике» была удостоена премии имени Г.В. Плеханова, которая присуждается за выдающиеся научные работы в области философии.