У ДЮФЛУ виступав виключно за київське «Динамо». Провів 85 матчів, забив 5 голів.

Випускник динамівської академії 2016 року.

Дебютував за «Динамо» U-19 ще до випуску з академії.

Цей дебют відбувся 29-го травня 2016 року в матчі 30-го туру «Динамо» - «Іллічівець».

У сезоні 2016/17 Віталій став основним гравцем команди до 19-ти років, зігравши 21 матч і забивши один м'яч.

20-го серпня 2017 дебютував за першу команду «Динамо» в матчі чемпіонату України проти «Сталі», вийшовши на 7-й хвилині на заміну замість травмованого Йосипа Піварича.

З часом Віталій завоював місце в основному складі команди та став незамінним на лівому фланзі оборони «Динамо». У сезоні 2018/2019 Миколенка було визнано найкращим молодим гравцем чемпіонату України. Того ж сезону динамівець зіграв 23 матчі у чемпіонаті України.

Не дивно, що скоро його викликали до національної збірної України. Дебютував за головну команду країни наш захисник 20 листопада 2018 року в матчі проти Туреччини, який завершився з рахунком 0:0. 22 березня 2019 року Миколенко вийшов в основному складі на матч проти національної команди Португалії, у якому надійно зіграв проти Кріштіану Роналду. Матч також завершився з рахунком 0:0.