Середню освіту здобув у Лохвицькому реальному училищі, розвинув свій талант у Київській художньо-індустріальній школі і Київському художньому інституті у Федора Кричевського (був його асистентом, доцентом кафедри рисунка архітектурного факультету).
У 1939 — розпочинає діяльність у Львові (очолює оргкомітет Спілки художників Західної України, організовує Спілку українських образотворчих мистців. На прохання А. Шептицького розписує церкви поблизу Львова (композиції «Розп’яття», «Ангели», «Апостоли», «Хрещення в Йордані», «Нагробний плач», «Воскресіння» та ін.)
Перед відступом гітлерівців зі Львова, «не бажаючи жити під сонцем сталінської конституції», М. Дмитренко разом з іншими галицькими художниками з великими труднощами добрався до Німеччини.
З кінця 1940-х жив у Канаді; живописець і графік у Торонто. У 1954 р. був одним з організаторів з’їзду українських мистців Канади й Америки.
З 1960 — у Детройті, з 1962 — у Чикаго.
Займався створенням за власними ескізами у різних техніках (фреска, мозаїка, вітраж, живопис) величних композицій і оздоблював ними православні й греко-католицькі храми, відродивши в Канаді й США українське національне сакральне монументальне мистецтво. Завоював славу одного з найвизначніших майстрів релігійного живопису. Виступав в україномовних виданнях Німеччини, США, Канади зі статтями, присвяченими історії національного мистецтва.
Помер М. Дмитренко 1997 р. в м. Детройті, штат Мічиган, похований на православному цвинтарі в містечку Бавнд Брук, Нью-Джерсі, США.
