Родился 13 июля 1928 г. в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург) в семье инженера-кораблестроителя.
В 1943 г. Валентин Пикуль окончил школу юнг на Соловецких островах (об этой учебе он впоследствии написал роман "Мальчики с бантиками", 1974), затем два года служил на эсминце "Грозный" Северного флота. В 1945-1946 гг. учился в Ленинградском военно-морском подготовительном училище. Затем работал водолазом гидротехнического отряда Северо-Западного бассейна, в первой половине 1950-х гг. был диспетчером в пожарном отряде.
Во второй половине 1940-х гг. Валентин Пикуль увлекся литературным творчеством, посещал в Ленинграде кружки Веры Кетлинской, Глеба Алехина и Всеволода Рождественского. В 1950 г. в альманахе "Молодой Ленинград" были опубликованы первые два рассказа Пикуля: "Женьшень" и "На берегу". После публикации в 1954 г. своего первого романа "Океанский патруль" (о Великой Отечественной войне на Баренцевом море) Валентин Пикуль был принят в Союз писателей СССР. С 1962 г. жил и работал в Риге (Латвийская ССР, ныне Латвийская Республика).
Валентин Пикуль является автором около 30 романов и повестей на историческую тематику и более 100 миниатюр-эссе. Среди романов: "Баязет" (1961, о событиях русско-турецкой войны 1877-1878 гг.), "Реквием каравану PQ-17" (1969-1973, об уничтожении конвоя союзников немцами в 1942 г.), "Слово и дело" (1974-1975, о царствовании императрицы Анны Иоанновны), "Битва железных канцлеров" (1977, о дипломатических отношениях Российской империи в 1850-1870-х гг.), "Три возраста Окини-сан" (1981 г., о событиях начала XX века на Дальнем Востоке), "Крейсера" (1985, о Русско-японской войне 1904-1905 гг.). Неоконченным остался роман "Барбаросса" о Великой Отечественной войне.
Широкий резонанс вызвал роман Валентина Пикуля "Нечистая сила" (в СССР в 1979 г. была опубликована сокращенная версия под названием "У последней черты", полностью роман вышел в 1989 г.), посвященный Григорию Распутину и его роли в правлении Николая II.
Валентин Пикуль считается одним из наиболее известных представителей послевоенной советской массовой литературы, его сочинения отличает динамичность сюжета, героизация исторических личностей. Вместе с тем критики отмечали, что писатель достаточно вольно относился к историческим источникам, ограничивался литературной обработкой чужих сочинений и мемуаров, привнося в них элементы авантюрного романа. Общий тираж книг Валентина Пикуля в СССР, России и за рубежом оценивается в 500 млн экземпляров, включая семь изданий собраний сочинений. Некоторые из романов были экранизированы, в том числе "Конвой PQ-17".
Валентин Пикуль скончался 16 июля 1990 г. в Риге на 63-м году жизни. Похоронен на рижском Лесном кладбище.
Был награжден двумя орденами Трудового Красного Знамени (1978, 1988), орденами Дружбы народов (1984) и Отечественной войны II степени (1985). Лауреат Государственной премии РСФСР им. М. Горького (1988, за роман "Крейсера").
Памятники, бюсты и мемориальные знаки писателю установлены в Мурманске, Санкт-Петербурге и Риге. Его имя носят морской тральщик проекта 266МЭ (Черноморский флот), пограничный сторожевой корабль проекта 10410 (несет службу на Каспийском море), улицы в Балтийске (Калининградская обл.) и Североморске (Мурманская обл.), переулок в Риге, сквер в Санкт-Петербурге и малая планета 4174 Pikulia. В 1994-1995 и 2004-2019 гг. Союзом писателей России вручалась международная литературная премия им. Валентина Пикуля.