Родился 18 октября 1910 года в селе Степанцы Киевской губернии. В 1932 году окончил 2 курса Коммунистического техникума.

В 1933 году окончил Одесскую военную танковую школу.

В 1934 году — Одесскую, а в 1935 году — Ворошиловградскую военную авиационную школу пилотов.

Служил летчиком в частях истребительной авиации.

Участник советско-финляндской войны 1939-1940 годов.

Участник Великой Отечественной воины с первого дня. В сентябре 1941 года майор Т. Д. Литвиненко был тяжело ранен.

Будучи признанным негодным к летной работе и военной службе, добился разрешения вернуться в строй и продолжал летать.

В январе 1944 года в первом же после возвращения в строй бою он сбил 3 самолета.

В марте-апреле провел 17 воздушных боев и сбил в них 10 самолетов противника.

К ноябрю 1944 года майор Литвиненко провел 167 боевых вылетов, сбил 20 самолетов противника.

В начале 1945 года назначен командиром полка, а в 1946 году по состоянию здоровья был вынужден уйти из авиации.

Жил в Ленинграде.

Умер 14 сентября 1963 года.

Герой Советского Союза (02.11.1944).

Награжден Двумя орденами Ленина, Красного Знамени, Александра Невского, медалями.