Родился 11 апреля 1954 г. в Москве. Школьные годы провел в г. Щелково (Московская область). Принимал участие в постановках местного народного театра под руководством Абри Амаспюра.
В 1971 г. окончил среднюю школу. После неудачных попыток поступить в московские актерские вузы работал слесарем контрольно-измерительных приборов на заводе в г. Фрязино (Московская обл.).
В 1972-1974 гг. проходил срочную военную службу в батальоне связи при штабе стрелковой дивизии в Читинской области. Руководил деятельностью армейского театрального кружка.
В 1978 г. Валерий Гаркалин окончил в Москве факультет кукольного искусства Государственного музыкального училища (ГМУ) им. Гнесиных (ныне Музыкальное училище им. Гнесиных Российской академии музыки им. Гнесиных) по специальности "актер театра кукол" (педагогами были Леонид Хаит и Сергей Образцов). В 1988 г. получил диплом режиссерского факультета Государственного института театрального искусства им. А. В. Луначарского (ГИТИС, ныне Российский институт театрального искусства - ГИТИС) по специальности "режиссер эстрады и массовых представлений" (мастерская народного артиста РСФСР Вячеслава Шалевича).
После окончания ГМУ им. Гнесиных Валерий Гаркалин несколько сезонов работал в передвижном театре "Люди и куклы" при Кемеровской филармонии (его создателем и руководителем был Леонид Хаит). В середине 1980-х гг. служил в Государственном театре кукол под руководством Сергея Образцова в Москве (ныне Государственный академический центральный театр кукол им. С. В. Образцова).
Окончив ГИТИС, в 1988-2001 гг. Валерий Гаркалин был актером Московского академического театра сатиры. Исполнял роли в спектаклях: "Ревизор" по пьесе Николая Гоголя (Хлестаков), "Укрощение строптивой" по произведению Уильяма Шекспира (Петруччо), "Трехгрошовая опера" по пьесе Бертольта Брехта (Пичем), "Горячее сердце" по произведению Александра Островского (Курослепов), "Клоп" по пьесе Владимира Маяковского (Тапер). Помимо этого, с 1990-х гг. регулярно принимал участие в различных антрепризных спектаклях. В частности, вместе с народной артисткой РФ Татьяной Васильевой был задействован в постановках "Ботинки на толстой подошве" по произведению Петра Гладилина и "Ну все, все… все?" по пьесе Наума Брода.
Валерий Гаркалин был широко известен в качестве киноактера. Дебютной для него стала роль Алексея Грекова в криминальной драме Сергея Бодрова - старшего и Александра Буравского "Катала" (1989). Среди его киноработ: Федор Дежкин в многосерийном фильме "Белые одежды" по роману Владимира Дудинцева (1992, режиссер Леонид Белозорович), братья-близнецы Василий Кроликов, Иннокентий Шниперсон, Роман Алмазов и Патрик Кроликоу в комедии "Ширли-мырли" (1995, Владимир Меньшов), Николай Крышкин в фильме "Бедная Саша" (1997, Тигран Кеосаян), Кромин в комедийной мелодраме "Ландыш серебристый" (2000, Тигран Кеосаян), Аркадий Рябоконь в сериале "Между нами, девочками" (2013, Алексей Кирющенко). Последняя роль актера - Валентин Седов в криминальном фильме Марии Маханько "Шахматная королева" (2018). В общей сложности Валерий Гаркалин снялся в более чем 70 фильмах и сериалах.
Принимал участие в озвучивании анимационных фильмов "Дневник фокса Микки" (2016, Дмитрий Лазарев) и "Тихий ужин без соли" (2017, Светлана Разгуляева) и записи нескольких аудиокниг ("Сон смешного человека" Федора Достоевского, "Белые одежды" Владимира Дудинцева и др.).
С 2002 г. Валерий Гаркалин преподавал в Российском институте театрального искусства - ГИТИС. Был профессором кафедры эстрадного искусства, руководителем мастерской.
Валерий Гаркалин скончался 20 ноября 2021 г. в Москве на 68-м году жизни. Похоронен на Миусском кладбище.
Являлся членом Союза театральных деятелей РФ.
Народный артист РФ (2008).
Лауреат кинофестиваля "Киношок" (1995, за работу в фильме "Ширли-мырли") и национальной анимационной премии "Икар" (2018, за озвучивание мультфильма "Тихий ужин без соли").
Был женат на Екатерине Гаркалиной (1952-2009; педагог, заслуженный деятель искусств РФ). Дочь - Ника (род. 1983, театральный продюсер).
В 2013 г. Валерий Гаркалин выпустил книгу "Катенька. Воспоминания", посвященную памяти супруги.
Жизни и карьере актера посвящен документальный фильм "Валерий Гаркалин. Грешен, каюсь..." (2019, режиссер Георгий Ананов).