После завершения игровой карьеры — футбольный тренер. Заслуженный тренер Украины. Заслуженный работник физической культуры и спорта Украины.
Воспитанник сумской футбольной школы «Спартак» (с 1962). Выступал за команды «Спартак» Сумы (1965—1969), «Заря» Ворошиловград (1970—1971). Пришёл в киевское «Динамо» перед началом сезона 1972 года, в котором «Заря» стала чемпионом СССР, опередив «Динамо» — серебряного призёра. В своей новой команде Фоменко занял место свободного защитника, с каждой игрой достигая все лучшего взаимопонимания с партнёрами. Оборона «Динамо» с вратарём Рудаковым в те годы представляла грозную силу: справа в первые годы играл Доценко, затем это место закрепилось за Трошкиным; слева — Матвиенко, владевший всеми необходимыми для высококлассного защитника навыками; передний центральный защитник — Решко, сильный в единоборствах, самоотверженный игрок. И с учётом традиционно сильной динамовской атаки успехи не заставили себя долго ждать: в 1974 году — первое место в чемпионате страны и Кубок СССР, в 1975 году — повторение чемпионского восхождения, Кубок обладателей кубков и Суперкубок УЕФА. Были и другие призы: «золото» 1977 года, Кубок страны 1978-го.
В 1972 году Фоменко дебютировал и в сборной СССР. Это случилось 16 июля на стадионе финского города Васа. В главной команде страны Михаил принимал участие в отборочных играх чемпионатов мира и Европы, Олимпийских играх 1976 года в Монреале. На матчи чемпионата Европы с национальными командами Швейцарии, Чехословакии, товарищескую встречу со сборной Венгрии в Будапеште Михаил Фоменко выводил сборную СССР в качестве капитана. В 1975 году был капитаном и в «Динамо». Всего за сборную СССР сыграл 24 матча (в том числе 5 матчей за олимпийскую сборную СССР).
Высокий, очень подвижный и смелый центральный защитник, был полноправным хозяином штрафной площади. Хладнокровный и надёжный, был силен в позиционной игре, цементировал оборону команды. Строго соблюдал игровую дисциплину, был полезен при подключениях к атакам, хорошо играл головой. В одном из интервью вратарь Евгений Рудаков, отвечая на вопрос журналиста о том, кого бы он выделил как подлинного бойца, отдающего все силы поединку, остановился на трёх мастерах — Колотове, Веремееве и Фоменко.
Завершил игровую карьеру в 30-летнем возрасте из-за беспокоящей травмы спины. После этого два года занимался в Высшей школе тренеров, получил диплом и приступил к тренерской деятельности.
Главный тренер клуба «Фрунзенец» Сумы (1979). Тренер клуба «Динамо» Киев (1980—1984).
Главный тренер команд: «Десна» Чернигов (1985—1986), «Кривбасс» Кривой Рог (1987), «Гурия» Ланчхути (1987—1989), «Рашид» Багдад и сборной Ирака (1990), «Автомобилист» Сумы (1991—1992).
После распада СССР главный тренер клубов исборных: «Динамо» Киев (1992—1993), «Верес» Ровно (1994), сборной Гвинеи (1994), «ЦСКА-Борисфен» Киев (1994—1996), «Металлист» Харьков (1996—2000, 2001—2002, 2003), ЦСКА Киев (2000—2001), «Металлург» Запорожье (2003), «Таврия» Симферополь (2006—2008), «Салют» Белгород (2010-2011).
Наиболее показательной считает свою работу в клубе «Гурия», с которым в 1989 вышел в высшую лигу чемпионата СССР по футболу (правда в 1990 клубы Грузии вышли из союзных футбольных турниров и Фоменко не смог продолжить работу с клубом).