Nato a Firenze nel 1906, si trasferisce prima a Montecatini e nel 1911 a Genova, dove nonostante le difficoltà economiche riesce a frequentare i corsi serali dell'Accademia Ligustica di Belle Arti. Nel 1930 inizia asvolgere l'attività di disegnatore pubblicitario e il suo studio, nel centro storico di Genova, in piazza San Donato, diventa luogo di incontro di artisti e letterati. Dal 1937al 1944 si trasferìsce a Parigi con la moglie Ada, interessandosi alla pittura impressionista e post cubista.
Arrestato assieme alla moglie a Bardonecchia, per attività antifascista, viene trasferito nelle carceri genovesi; successivamente parteciperà alla lotta partigiana sulle colline tra il Piemonte e la Lombardia.
Dopo il 1945 si trasferisce a Roma, dove conosce i pittori Guttuso, Soffici, Mafai e Migneco. Lavora anche in Africa e a Panama, dove nel 1956 dirige un documentario sulla storia dell'omonimo canale.

Inizia a esporre le sue opere nel 1948 a Milano, esprimendosi in uno stile prettamente espressionista dal quale passerà a una sperimentazione informale, maturata durante il periodo trascorso a New York nel 1965-1966.
Oltre alla pittura di cavalletto, Renato Cenni è attivo come scultore, incisore, disegnatore, regista cinematografico e critico d’arte.

Tra i sui soggetti preferiti ci sono la figura femminile e i ritratti; l'opera per la quale resta tuttavia più noto è "Calvario", ciclo di 12 tele ispirate al martirio dell'umanità in tutte le guerre, a lungo oggetto di controversia da parte della critica e infine accolte dalla Galleria d'Arte Moderna di Genova Nervi.
Attento ai temi dell'arte sociale, la Quadreria CGIL di Genova conserva sei disegni originali, tra i quali "Gli altiforni di Cornigliano" e "La colata di ghisa", che Renato Cenni realizza nel 1976 su commissione dell'Italsider di Genova, per un'edizione limitata di litografie raffiguranti le attività lavorative delle acciaierie cittadine.
L'artista riprende dal vivo le varie fasi della lavorazione dell'acciaio, facendo seguito ai 27 disegni tematici che l'artista aveva realizzato nel 1949 recandosi presso gli stabilimenti dell'Ansaldo e dell'Italsider.
Nel tratteggio dinamico e nell'utilizzo delle suggestioni coloristiche degli impianti, emergono la capacità di osservazione e sintesi del contesto, in un'arte che descrive l'apporto dell'uomo nel processo produttivo industriale, sottolineandone la centralità, anche se quasi confusa negli stessi contorni e nello stesso segno severo dei macchinari. Spicca in queste opere l'attenzione di Cenni alla comprensione e al rispetto per la dimensione umana e la sua fatica di esistere (cfr. "Cornigliano: una stagione siderurgica. Disegni di Renato Cenni, presentazione di Luciano Rebuffo, Genova, "Il cenacolo", 2004).