Родился 28 июля 1953 г. в Москве.
В 1975 г. окончил механический факультет Московского института инженеров железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения СССР (ныне Российский университет транспорта), в 2000 г. - юридический факультет Российской академии государственной службы при президенте РФ.
Кандидат юридических наук. В 2000 г. в Российской академии государственной службы при президенте РФ защитил диссертацию по теме "Конституционно-правовые аспекты совершенствования избирательной системы в Российской Федерации на современном этапе".
С 1977 г. занимался организацией выборов в Москве, был сотрудником разных избирательных комиссий. Работал в аппарате Центральной избирательной комиссии, занимался организацией выборов депутатов от общественных организаций на I Съезд народных депутатов СССР. Работал также в Верховном совете РСФСР.
С 1993 г. - член Московской городской избирательной комиссии. В 1995 г. был избран председателем Мосгоризбиркома. Впоследствии пять раз переизбирался на этот пост, последний - 8 декабря 2016 г. Срок его полномочий заканчивался в 2021 г.
Как глава городской избирательной комиссии отвечал за организацию и проведение федеральных и городских выборов на территории Москвы. Неоднократно деятельность Мосгоризбиркома под его руководством подвергалась критике со стороны оппозиции, в частности, после выборов в Мосгордуму в 2009 г., и в Госдуму РФ в 2011 г. Во время предвыборной кампании в Мосгордуму 2019 г. ряд независимых кандидатов обвинил председателя Мосгоризбиркома в недопущении их к выборам, что спровоцировало массовые акции протеста в столице. Основной причиной отказа стала недостоверность собранных в поддержку выдвижения подписей. Депутаты фракции КПРФ в Мосгордуме направили главе ЦИК России Элле Памфиловой обращение с требованием отставки Валентина Горбунова. Однако, по словам Памфиловой, хотя ЦИК признал работу ряда московских окружных комиссий неудовлетворительной, он не уполномочен принимать решение об отставке главы столичного избиркома.
16 марта 2020 г. Валентин Горбунов подал в отставку с должности председателя Мосгоризбиркома по состоянию здоровья. При этом он сохранил статус члена комиссии с правом решающего голоса. Новым главой Московской городской избирательной комиссии стал заместитель Горбунова Юрий Ермолов.
Скончался 29 марта 2020 г. в Москве.
Доход за 2018 г. составлял 10 млн 566 тыс. руб., супруги - 3 млн 760 тыс. руб.
Заслуженный юрист Российской Федерации (2008).
Был женат на Наталье Горбуновой (род. 1953). В семье двое детей - сын (Андрей, род. 1984) и дочь.