Родился 3 марта 1942 г. в дер. Белое на оккупированной немцами территории Белорусской ССР (ныне Крупский район, Минская область, Республика Белоруссия).
В 1963 г. окончил Балашовское высшее военное авиационное училище летчиков транспортной авиации в Саратовской области, в 1976 г. - заочно Военно-воздушную академию им. Ю. А. Гагарина (располагалась в пос. Монино, Московская обл.) по командно-штабной специальности. В 1984 г. получил специальность "командно-штабная, оперативно-тактическая авиация" в Военной академии Генерального штаба Вооруженных сил СССР им. К. Е. Ворошилова (ныне Военная академия Генштаба ВC РФ, Москва).
В 1986 г. Владимиру Коваленку была присуждена ученая степень кандидата военных наук, впоследствии он стал доктором военных наук.
После окончания училища служил в военно-транспортной авиации ВВС СССР в военной части, базировавшейся на подмосковном аэродроме Чкаловский и специализировавшейся на поиске вернувшихся на Землю космических аппаратов. С 1964 г. был помощником командира корабля, правым летчиком, с 1965 г. - командиром корабля Ан-12.
В 1965 г. рассматривался как кандидат в отряд Центра подготовки космонавтов (ЦПК; ныне Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина), но был оставлен в резерве.
7 мая 1967 г. приказом главкома ВВС СССР Владимира Коваленка зачислили слушателем в отряд космонавтов ЦПК. В июле того же года ему присвоили квалификацию военного летчика II класса. В августе 1969 г., после прохождения курса общекосмической подготовки, он был назначен на должность космонавта.
В свой первый космический полет Владимир Коваленок отправился 9 октября 1977 г. в качестве командира корабля "Союз-25" и 1-й основной экспедиции на орбитальную станцию "Салют-6", вторым членом экипажа был Валерий Рюмин. Однако программу полета, который был рассчитан примерно на 100 суток, выполнить не удалось. Из-за сбоя в работе системы сближения корабль не смог состыковаться с орбитальной станцией. В результате полет был прекращен досрочно, и 11 октября космонавты вернулись на Землю.
15 июня - 2 ноября 1978 г. был командиром корабля "Союз-29" и 2-й основной экспедиции на "Салют-6". Работал на станции вместе с Александром Иванченковым, совершил выход в открытый космос. За время нахождения на "Салюте-6" космонавты приняли два международных экипажа по программе "Интеркосмос" с участием первых космонавтов Польши Мирослава Гермашевского и ГДР Зигмунда Йена. 4 сентября 1978 г. на борту станции возник пожар - загорелся пульт бортового вычислительного комплекса. Коваленок и Иванченков успешно справились с ЧП. На Землю космонавты возвратились на "Союзе-31".
В январе 1979 г. Владимир Коваленок был назначен на должность инструктора-космонавта.
Третий полет он выполнил 12 марта - 26 мая 1981 г. вместе с Виктором Савиных. Владимир Коваленок был командиром корабля "Союз Т-4" и 5-й основной экспедиции на "Салют-6". Во время работы на станции космонавты приняли две краткосрочные экспедиции в рамках "Интеркосмоса", в которые входили представители Монголии Жугдэрдэмидийн Гуррагча и Румынии Думитру Прунариу.
В общей сложности Владимир Коваленок осуществил три космических полета общей продолжительностью 216 суток 9 часов и один выход в открытый космос (2 часа 20 минут).
Космонавт I класса (1981).
С января 1982 г. был командиром группы кандидатов в космонавты-испытатели.
23 июня 1984 г. выбыл из отряда космонавтов в связи с назначением начальником 1-го управления по подготовке космонавтов ЦПК.
С февраля 1986 г. по март 1988 г. - заместитель командующего 37-й воздушной армией Верховного главнокомандования (стратегического назначения).
С марта 1988 г. по декабрь 1990 г. - заместитель начальника кафедры Военной академии Генштаба ВС СССР.
Одновременно в 1989-1992 гг. являлся депутатом Верховного совета Белорусской ССР (впоследствии Республики Белоруссии). В мае 1990 г. баллотировался на пост председателя ВС БССР, но избран не был.
С декабря 1990 г. по июль 1992 г. - начальник 30-го Центрального научно-исследовательского института Минобороны СССР/РФ.
С 1991 г. возглавлял Белорусскую республиканскую федерацию космонавтики.
В 1991-1997 гг. был президентом Ассоциации участников космических полетов.
С июля 1992 г. по 2002 г. занимал должность начальника Военно-воздушной инженерной академии им. Н. Е. Жуковского (ныне Военно-воздушная академия им. профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина).
В 2002 г. Владимир Коваленок был уволен с военной службы в запас в звании генерал-полковника авиации.
С января 2001 г. по октябрь 2021 г. являлся президентом Федерации космонавтики России (ФКР). В настоящее время - член президиума и бюро ФКР.
Был помощником ректора (в ранге проректора) Российского государственного социального университета по связям с государственными организациями.
Дважды Герой Советского Союза (1978, 1981). Награжден тремя ордена Ленина (1977, 1978, 1981), орденами "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени (1991), "За заслуги перед Отечеством" III степени (1996), "За военные заслуги" (2000), медалью "За заслуги в освоении космоса" (2011).
Герой Германской Демократической Республики (1978), Герой Монгольской Народной Республики (1981). Также награжден орденом Карла Маркса (ГДР, 1978), Крестом Грюнвальда III степени (Польша, 1978), орденом Сухэ-Батора (Монголия, 1981), орденом "За службу Родине" II степени (Белоруссия, 2002), золотой медалью им. К. Э. Циолковского Академии наук СССР.
Летчик-космонавт СССР (1977).
Почетный гражданин Крупского района (2006) и Минской области (2007) Белоруссии, а также городов Калуги (1978), Байконура (Казахстан, 1978), Гагарина (Смоленская обл., 1981) и др.
Автор и соавтор более 150 печатных работ, семи монографий, ряда книг. Среди них "Визуально-инструментальные наблюдения с "Салюта-6" (1983), "Родина крылья дала" (1989), "Исследования Земли с пилотируемых космических кораблей" (1987), "Исследования серебристых облаков" (1987), "Наблюдения полярных сияний из космоса" (1991) и др.
Бюсты космонавта установлены в г. Крупки и с. Хотюхово Минской области Белоруссии, барельеф-портрет - в Парке покорителей космоса им. Юрия Гагарина, открытом в 2021 г. в Энгельсском районе Саратовской области недалеко от с. Новая Терновка.