З 2002 року працював із НАК "Нафтогаз України", де обіймав в різний час такі посади: помічника заступника голови правління, керівника підрозділу корпоративних фінансів, головного радника голови правління, позаштатного радника голови правління, директора з розвитку бізнесу, головного комерційного директора, головного виконавчого директора.

Вітренко причетний до деяких ініціатив, що мають на меті реформувати енергетичну галузь і гарантувати енергетичну безпеку України.

2010 року заснував інвестиційну компанію "ЕйВайЕй Кепітал" (AYA Capital).

У квітні 2018-го очолив Наглядову раду ПАТ "Укрнафта". З жовтня 2019 по січень 2020 року – член Наглядової ради Державного концерну "Укроборонпром".

На нього також було покладено тимчасове виконання обов’язків міністра енергетики України.