Родился 17 апреля 1962 г. в станице Гривенской Калининского района Краснодарского края в крестьянской семье.
В 1987 г. окончил Высшую комсомольскую школу при ЦК ВЛКСМ по специальности "преподаватель истории, методика коммунистического воспитания", в 1995 г. - Северо-Западную академию государственной службы (ныне - Северо-Западный институт управления - филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ) по специальности "менеджер-экономист", в 2013 г. - Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова по специальности "экономист".
Начинал свою карьеру как комсомольский работник. С 1987 г. - второй, первый секретарь Виноградовского райкома ВЛКСМ Архангельской области.
В 1991 г. был назначен заместителем председателя Виноградовского райисполкома. В том же году избран первым секретарем Архангельского областного комитета ВЛКСМ.
С 1993 г. работал заведующим отделом молодежи, заместителем председателя комитета по делам молодежи, физической культуре и туризму, начальником отдела по делам молодежи администрации Архангельской области.
В 1996-1997 гг. - начальник управления региональной политики администрации Архангельской области.
В 1997-2000 гг. - руководитель аппарата полномочного представителя президента РФ в Архангельской области.
С 2000 по 2005 г. - заместитель главы администрации Архангельской области - руководитель аппарата администрации области, первый заместитель губернатора региона. В 1996-2004 гг. область возглавлял Анатолий Ефремов, 2004-2008 гг. - Николай Киселев.
В апреле 2005 г. Виктор Павленко был назначен заместителем мэра - руководителем аппарата мэрии Архангельска (глава города - Александр Донской).
С 2007 г., в связи с арестом Александра Донского по обвинению в превышении служебных полномочий (осужден в 2008 г.), исполнял обязанности мэра Архангельска.
С мая 2008 г. по сентябрь 2015 г. - мэр Архангельска. Участвовал в досрочных выборах главы города 25 мая 2008 г. в качестве самовыдвиженца. После подведения предварительных итогов голосования победителем была признана предприниматель Лариса Базанова (баллотировалась в порядке самовыдвижения), которая набрала 37,55% голосов (Виктор Павленко - 37,41%). Однако 27 мая горизбирком заявил о необходимости пересчета бюллетеней из-за многочисленных жалоб на нарушения проведения голосования от других участников выборов. Большинство жалоб подала сторона проигравшего и. о. главы города Виктора Павленко. После пересчета голосов победителем стал Павленко с результатом 37,4% (Базанова - 37,25%).
В 2015-2020 гг. - член Совета Федерации РФ. 25 сентября 2015 г. был наделен полномочиями сенатора - представителя от исполнительного органа власти Архангельской области указом губернатора региона Игоря Орлова. 9 октября 2020 г. в Совфеде его сменил депутат Госдумы Александр Некрасов.
Общая сумма декларированного дохода за 2017 г. составила 4 млн 679 тыс. руб., супруги - 1 млн 97 тыс. руб.
Общая сумма декларированного дохода за 2018 г. составила 5 млн 112 тыс. руб., супруги - 1 млн 265 тыс. руб.
Общая сумма декларированного дохода за 2019 г. составила 5 млн 741 тыс. руб., супруги - 1 млн 199 тыс. руб.
Награжден медалями ордена "За заслуги перед Отечеством" II и I степеней (2004, 2020).