Родился 23 ноября в деревне Ирба Ново-Николаевской губернии. Окончил 7 классов. До войны работал в колхозе.
В ряды РККА Николай Трофимович был призван Ояшинским РВК Новосибирской области 6 июня 1942 года. Рядовой 288-го запасного стрелкового полка 23-й запасной стрелковой бригады СибВО убыл на Волховский фронт 12 июля 1942 года.

Прибыв в действующую армию. рядовой Омельченко был зачислен в 61-й гвардейский полк 19-й гвардейской дивизии Ленинградского фронта. 27 августа 1942 года, будучи наводчиком станкового пулемета, вел наступательные бои против немецко фашистских захватчиков в районе станции Мга Ленинградской области. В этом бою получил тяжелое ранение руки и сквозное ранение левого бедра. Месяц лечился в эвакогоспитале 4532.
23 марта 1945 года стрелковый взвод 296-го стрелкового полка 13-й стрелковой дивизии под командованием младшего лейтенанта Омельченко Н. Т. в районе южнее города Нойштадт (Германия) при штурме укрепленного узла обороны противника первым ворвался в траншеи противника и, завязав бой, выбил немцев из траншеи. В этом бою Николай Трофимович был тяжело ранен в живот, но не покинул взвода до конца боя. За доблесть и мужество награжден орденом Красной Звезды.
Демобилизовался в марте 1946 года в звании младшего лейтенанта. Инвалид 3-й группы Николай Трофимович работал в свей деревне начальником отделения связи. Позднее переехал в город Прокопьевск, где более 35 лет отработал в энергосети г. Прокопьевска.
Боевые награды: орден Красной Звезды (10.04.1945), медаль «За отвагу» (1949).