Анатолий Гребенюк родился в городе Верхний Ворошиловградской области (ныне Луганская область, Украина). Окончил отделение живописи Луганского художественного училища, а позже архитектурное отделение знаменитого Мухинского училища.
С 1968 года художник жил и работал в Белгороде. Член Союза художников России с 1993 года Анатолий Иванович Гребенюк работал в технике масляной живописи, акварели, графики, в области художественного проектирования, тематической картины.
А.И. Гребенюк один из авторов проекта знаменитого мемориала «Битва на Курской дуге». По проектам Анатолия Ивановича выполнены мемориальные комплексы в городе Грайвороне, селе Верхопенье (Ивнянский район), посёлке Прохоровка, памятники в Белгороде на улице Корочанской, на автотрассе Москва – Симферополь, в селе Шопино и посёлке Яковлеве.
Произведения художника хранятся в Белгородском государственном художественном музее, в Эмшерталь-музее в городе Херне (Германия), в частных коллекциях России, Германии и Франции.
На снимках работы Анатолия Ивановича Гребенюка.