Родился 19 ноября 1934 г. в Москве.
В 1973 г. окончил филиал Смоленского государственного института физической культуры (ныне - Московская государственная академия физической культуры, пос. Малаховка Люберецкого района Московской области), в 1974 г. - Высшую школу тренеров при Государственном центральном ордена Ленина институте физической культуры (ныне - Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма, ГЦОЛИФК).
Валентин Иванов начал играть в футбол во второй половине 1940-х гг. в дворовой команде. В начале 1950-х гг., будучи учеником сборщика в Центральном институте авиационного моторостроения им. П. И. Баранова, выступал за футбольную команду этого предприятия. Параллельно играл за московскую юношескую команду "Крылья Советов" под руководством тренера Виктора Бушуева. Позиция - нападающий.
В 1952-1966 гг. Валентин Иванов выступал за московское "Торпедо". В его составе стал двукратным чемпионом СССР (1960, 1965), а также обладателем Кубка страны (1960). Трижды был серебряным призером первенства СССР (1957, 1961, 1964), один раз - бронзовым (1953). В 1956-1965 гг. - капитан команды. В общей сложности в чемпионатах страны провел за "Торпедо" 287 игр, забил 124 мяча. Лучший бомбардир в истории клуба.
В 1955-1965 гг. Валентин Иванов был игроком сборной СССР (в 1963-1965 гг. - капитан). В ее составе стал победителем Олимпийских игр в Мельбурне (Австралия, 1956), чемпионата Европы во Франции (1960), а также серебряным призером первенства европейского континента в Испании (1964). Участник чемпионатов мира в Швеции (1958) и Чили (1962). В общей сложности провел за сборную СССР 59 матчей, забил 26 мячей. В 1966 г. Валентин Иванов завершил игровую карьеру.
В 1967-1970, 1973-1978, 1980-1991, 1994-1996, 1998 гг. Валентин Иванов был главным тренером московского "Торпедо". Под его руководством команда стала чемпионом СССР (1976, осень) и дважды выиграла Кубок страны (1968, 1986). Также тренировал клубы: "Раджа" (Касабланка, Марокко, 1992-1993), "Асмарал" (Москва, 1994), "Торпедо-Металлург" (Москва, 2003).
Валентин Иванов скончался 8 ноября 2011 г. в Москве на 77-м году жизни. Похоронен на столичном Ваганьковском кладбище.
Заслуженный мастер спорта СССР (1957). Заслуженный тренер СССР (1988).
Был награжден орденами "Знак Почета" (1960) и Почета (1997).
В 2004 г. Валентину Иванову был вручен рубиновый орден "За заслуги" Союза европейских футбольных ассоциаций (УЕФА).
Лауреат национальной спортивной премии "Слава" в номинации "Легенда" (2007).
В 1973 г. была издана книга Валентина Иванова "Центральный круг".
Был женат на Лидии Гавриловне Ивановой (в девичестве - Калинина, род. 1937), двукратной олимпийской чемпионке по спортивной гимнастике. Сын - Валентин Иванов (род. 1961), известный футбольный арбитр, кандидат педагогических наук. Дочь - Ольга Старикова (род. 1964), бывшая солистка балета Большого театра.