Родился 2 октября 1937 г. в пос. Дубровицы Подольского района (ныне городской округ Подольск) Московской области.
В 1961 г. окончил Московский физико-технический институт (МФТИ, ныне имеет статус национального исследовательского университета) по специальности "Радиофизика".
Доктор физико-математических наук, профессор. В 1966 г. в МФТИ защитил кандидатскую диссертацию (тема: "Экспериментальное исследование распространения косых магнито-звуковых и альфвеновских волн в плазме"), в 1981 г. - докторскую диссертацию.
В 1990 г. Валентин Смирнов был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР (ныне Российская академия наук, РАН), в 2003 г. - академиком РАН. Является членом Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН.
После окончания МФТИ был принят в Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова Академии наук СССР (ИАЭ; впоследствии Российский научный центр "Курчатовский институт"; ныне Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Москва). Под руководством академика АН СССР физика Евгения Завойского провел цикл экспериментальных исследований.
С конца 1960-х гг. Валентин Смирнов начал работать над вопросом применения сильноточных релятивистских электронных пучков для поджига термоядерных мишеней. Эти работы ученого фактически заложили новое научное направление в инерционном термоядерном синтезе.
В 1978 г. перешел на работу в филиал ИАЭ в подмосковном гор. Троицке (ныне АО "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований", ТРИНИТИ; наукоград Троицк в составе Москвы). Впоследствии стал заместителем директора ТРИНИТИ.
В Троицке при непосредственном участии Валентина Смирнова и под его руководством был разработан и в 1984 г. сооружен экспериментальный комплекс "Ангара-5-1" с мощной электрофизической установкой для проведения исследований в области физики плотной импульсной плазмы.
В 1986 г. начал преподавать в МФТИ. В 1998-2010 гг. возглавлял кафедру физики и химии плазмы вуза.
В 1998-2010 гг. - директор Института ядерного синтеза Российского научного центра "Курчатовский институт".
В 2011 г. был назначен заместителем генерального директора и научным руководителем по электрофизическому блоку акционерного общества "Наука и инновации" (Москва), которое было создано для руководства деятельностью институтов и центров, входящих в периметр блока по управлению инновациями госкорпорации "Росатом".
В 2017 г. стал научным руководителем Научно-исследовательского института технической физики и автоматизации (Москва) Росатома.
В настоящее время - научный руководитель по ядерной и высокотехнологичной медицине АО "Наука и инновации", а также главный научный сотрудник, член научного совета ТРИНИТИ (входит в структуру Росатома).
Одновременно является ведущим научным сотрудником Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ, Москва) и научным руководителем лаборатории плазменной сепарации ОИВТ.
Главный редактор журнала "Физика плазмы".
Валентин Смирнов - специалист в области термоядерной энергетики, электрофизики, физики плазмы. Разработал принцип модульного построения генераторов экстремальной электрической мощности. Автор и соавтор более 200 научных публикаций, обладатель ряда патентов.
Лауреат Государственной премии СССР (1981), Государственной премии РФ 1997 г. по науке и технике ("за создание комплекса "Ангара-5-1" и проведение цикла исследований по физике высоких плотностей энергии и излучающей плазмы многозарядных ионов"), премии правительства РФ 2013 г. в области образования ("за цикл работ "Научные и прикладные разработки в области высокоэкологичных систем электрофизического аппаратостроения, мощной импульсной энергетики и управляемого термоядерного синтеза для подготовки специалистов в области энергетики").
В число наград ученого входят международная премия BEAMS DZP (2002), премия им. Х. Альфвена Европейского физического общества (2005).