Родился 22 ноября 1947 г. в Новосибирске в семье военных медиков.
В 1969 г. окончил факультет естественных наук Новосибирского государственного университета (НГУ, ныне Новосибирский национальный исследовательский государственный университет) по специальности "химия". В 1969-1972 гг. обучался в аспирантуре Новосибирского института органической химии Сибирского отделения Академии наук СССР (НИОХ СО АН СССР).
Доктор химических наук. В 1973 г. защитил кандидатскую диссертацию (тема: "Изучение макроструктуры тРНК1Вал по относительной реакционной способности ее нуклеотидов в реакции алкилирования"), в 1982 г. - докторскую диссертацию (тема: "Структурно-функциональное исследование тРНК в системе биосинтеза белка").
Профессор по специальности "биоорганическая химия" (1990).
В 1990 г. Валентин Власов был избран членом-корреспондентом АН СССР (ныне Российская академия наук, РАН), в 2000 г. - академиком РАН. Является членом Отделения биологических наук РАН.
После окончания аспирантуры Валентин Власов остался работать в НИОХ СО АН СССР (ныне Новосибирский институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН). В 1972-1982 гг. был младшим, затем старшим научным сотрудником. С 1982 по 1984 г. заведовал лабораторией нуклеиновых кислот (действовала в составе отдела биохимии, который возглавлял академик АН СССР химик Дмитрий Кнорре).
Одновременно в 1983 г. стал заведовать кафедрой молекулярной биологии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета (ее основателем и первым заведующим был академик Кнорре). Возглавляет кафедру по настоящее время. Является профессором НГУ (с 1991 г.).
В 1984 г. Валентин Власов перешел в Новосибирский институт биоорганической химии (НИБХ) СО АН СССР, организованный на базе отдела биохимии НИОХ СО АН СССР. С 1984 по 1996 г. был заместителем директора по научной работе НИБХ СО АН СССР (затем СО РАН), который в то время возглавлял Дмитрий Кнорре.
С 1986 г. по н. в. - председатель Объединенного ученого совета по биологическим наукам СО АН СССР (ныне СО РАН).
В 1996 г. Валентин Власов сменил Дмитрия Кнорре на посту директора НИБХ СО РАН (с 2003 г. - Институт химической биологии и фундаментальной медицины, ИХБФМ) и возглавлял институт до 2017 г.
С 1997 г. по н. в. - член президиума Сибирского отделения РАН.
С 2002 г. по н.в. - член бюро Отделения биологических наук РАН.
В 2008-2013 гг. был заместителем председателя Сибирского отделения РАН.
С 2017 г. является научным руководителем ИХБФМ СО РАН. Параллельно Валентин Власов руководит лабораторией геномных медицинских технологий Центра новых медицинских технологий (ЦНМТ), который был основан им при институте в начале 2000-х гг. В настоящее время ЦНМТ, действующий в Новосибирске, представляет собой многопрофильную сеть специализированных клиник.
Валентин Власов - специалист в области биоорганической химии, молекулярной биологии и биотехнологии, автор более 530 научных публикаций (в т. ч. трех монографий). Ученым созданы принципиально новые виды геннаправленных биологически активных веществ на основе олигонуклеотидов, позволяющих разрабатывать лекарства нового поколения. Под его руководством разработаны неповреждающие методы введения олигонуклеотидов в организм, впервые обнаружены белковые рецепторы, обеспечивающие транспорт нуклеиновых кислот в клетки, и идентифицированы белковые компоненты, взаимодействие с которыми олигонуклеотидов вызывает важные биологические эффекты: рецептор CD4 (защита клеток от заражения вирусом ВИЧ-1), иммуноглобулины и иммуноглобулиновые рецепторы (стимуляция иммунной системы), некоторые ростовые факторы (противоопухолевое действие).
Награжден орденами Дружбы (1998), Почета (2008), Александра Невского (2022).
Лауреат Государственной премии РФ 1999 г. в области науки и техники (за работу "Производные олигонуклеотидов - биологически активные вещества и инструменты исследования белково-нуклеиновых взаимодействий", в составе коллектива авторов).
Отмечен премией им. М. М. Шемякина РАН (2019, за цикл работ "Фундаментальные основы конструирования "интеллектуальных" терапевтических препаратов на основе нуклеиновых кислот").