Родился 27 ноября 1945 г. в дер. Жилина (Орловский район, Орловская область). В документах при регистрации рождения была указана ошибочная дата 15 января 1946 г., впоследствии попавшая в официальные биографии. Его отец, Александр Митрофанович, в годы Великой Отечественной войны командовал отрядом в составе 1-й Курской партизанской бригады. Затем работал председателем сельсовета. Мать, Александра Егоровна, вела домашнее хозяйство.
В 1968 г. Валерий Баринов окончил в Москве Высшее театральное училище им. М. С. Щепкина (ныне Высшее театральное училище, институт, им. М. С. Щепкина при Государственном академическом Малом театре России). Выпускник мастерской педагога Виктора Коршунова.
В 1968 г. был принят в труппу Ленинградского государственного академического театра драмы им А. С. Пушкина (ныне Национальный драматический театр России, Александринский театр; Санкт-Петербург). В 1969-1970 гг. проходил службу в Советской армии. Демобилизовавшись, возобновил работу в театре. Был задействован в спектаклях: "Маленькие трагедии" по произведениям Александра Пушкина, "Вишневый сад" по пьесе Антона Чехова, "Антигона" по трагедии Софокла, "Болдинская осень" по произведению Юрия Свирина.
С 1974 по 1988 г. Валерий Баринов являлся актером Центрального академического театра Советской (ныне Российской) армии. Исполнял роли в постановках: "Закон вечности" по роману Нодара Думбадзе, "Учитель танцев" по произведению Лопе де Веги, "Молва" по пьесе Афанасия Салынского, "Оптимистическая трагедия" по произведению Всеволода Вишневского, "Идиот" по роману Федора Достоевского.
С 1988 по 1991 г. служил в Московском драматическом театре им. А. С. Пушкина. Играл в спектаклях: "Палата №6" по повести Антона Чехова, "Любовь под вязами" по произведению Юджина О’Нила, "Светит, да не греет" по пьесе Александра Островского и Николая Соловьева, "Новое московское преступление" по роману Вячеслава Пьецуха "Новая московская философия".
С 1992 по 2005 г. - актер Государственного академического Малого театра России. Исполнял роли в постановках: "Царь Иоанн Грозный" по Алексею Толстому, "Бешеные деньги", "Трудовой хлеб" и "Пучина" по пьесам Александра Островского, "Коварство и любовь" по драме Фридриха Шиллера, "Корсиканка" по произведению Иржи Губача.
С 2005 г. по н. в. Валерий Баринов служит в Московском театре юного зрителя. Задействован в спектаклях: "Черный монах" и "Скрипка Ротшильда" по произведениям Антона Чехова, "Леди Макбет нашего уезда" по Николаю Лескову, "Все кончено" по пьесе Эдварда Олби, "Вариации тайны" по произведению Эрика-Эмманюэля Шмитта "Загадочные вариации", "Кошка на раскаленной крыше" по пьесе Теннесси Уильямса.
Валерий Баринов снимается в кино. Дебютной для него стала роль участника археологической экспедиции Алексея в драме "Шаги по земле" (1968, режиссер Игорь Добролюбов). Среди фильмов с его участием: "Близкая даль" (1978, Виталий Кольцов), "Битва за Москву" (1985, Юрий Озеров), "Классик" (1998, Георгий Шенгелия), "Водитель для Веры" (2004, Павел Чухрай), "День выборов" (2007, Олег Фомин), "Первые" (2018, Дмитрий Суворов). Последняя роль в кино к настоящему времени - конструктор стрелкового оружия Василий Дегтярев в биографическом фильме "Калашников" (2020, Константин Буслов). В общей сложности фильмография актера насчитывает около 200 ролей.
Валерий Баринов является заместителем председателя общественного совета при Госпитале для ветеранов войн №1 Департамента здравоохранения города Москвы.
Народный артист РФ (1999).
Награжден орденами Почета (2006) и Дружбы (2024).
Лауреат премии города Москвы в области литературы и искусства 2002 и 2019 гг.
Обладатель Международной премии им. К. С. Станиславского (2004).
Женат третьим браком. Супруга - Елена Баринова, подполковник ФСБ в отставке. Дочь - Александра (род. 1991). Первой женой была актриса Елена Вановская. Вторая супруга - Татьяна Быкова. Сын - Егор (род. 1975, актер и режиссер).
Валерий Баринов является болельщиком московского футбольного клуба "Локомотив". С детства дружит с одним из наиболее успешных тренеров этого клуба, своим земляком Юрием Семиным (род. 1947).