Родился 15 декабря 1923 г. в гор. Краснодаре (Кубано-Черноморская область РСФСР, ныне Краснодарский край, РФ). Окончил среднюю школу в г. Армавире (Краснодарский край).
С 1941 г. состоял в рядах Рабоче-крестьянской Красной армии (РККА). В 1942 г. окончил Черкасское пехотное училище, которое находилось в эвакуации в г. Свердловске (ныне Екатеринбург). После этого служил командиром взвода 1-й запасной стрелковой бригаде в г. Горьком (ныне Нижний Новгород). Затем был направлен в действующую армию на Сталинградский фронт. Воевал в составе 138-й стрелковой дивизии. С марта 1943 г. являлся командиром минометной батареи 100-го гвардейского стрелкового полка 35-й гвардейской стрелковой дивизии 8-й гвардейской армии, а позже был назначен заместителем командира этого полка. С марта 1945 г. занимал должность начальника артиллерии 101-го гвардейского стрелкового полка той же дивизии. Участвовал в Сталинградской битве, оборонительных и наступательных сражениях на территории Украины, а также в Белорусской (операция "Багратион"), Висло-Одерской и Берлинской операциях. Трижды был ранен.
В июне 1945 г. принимал участие в Параде Победы на Красной площади. Будучи начальником почетного караула, принимал Знамя Победы на центральном аэродроме столицы.
После войны Валентин Варенников продолжил служить в 8-й гвардейской армии, входившей в состав Группы советских оккупационных войск в Германии (с 1949 г. - Группа советских войск в Германии, ГСВГ).
В 1950 г. был переведен в Киевский военный округ на должность начальника штаба минометного дивизиона 59-го механизированного полка 18-й механизированной дивизии.
В 1954 г. окончил Военную академию им. М. В. Фрунзе (ныне Общевойсковая академия ВС РФ), был назначен заместителем командира 251-го стрелкового полка 54-й стрелковой дивизии Северного военного округа. В 1956-1960 гг. последовательно командовал 56-м стрелковым, 6-м отдельным пулеметно-артиллерийским, 266-м мотострелковым и 61-м мотострелковым полками того же округа. С 1960 г. являлся заместителем командира 131-й мотострелковой дивизии, в 1963-1965 гг. возглавлял 54-ю мотострелковую дивизию Ленинградского военного округа.
В 1967 г. Валентин Варенников с золотой медалью окончил Военную академию Генерального штаба ВС СССР и был назначен командиром 26-го армейского корпуса Ленинградского военного округа. С 1969 командовал 3-й гвардейской общевойсковой армией ГСВГ (Магдебург, ГДР, ныне Германия), а в 1971 г. стал первым заместителем главнокомандующего ГСВГ.
С 1973 г. являлся командующим войсками Прикарпатского военного округа.
В 1977 г. Валентин Варенников окончил Высшие академические курсы Генерального штаба.
В 1979 г. был назначен начальником Главного оперативного управления - первым заместителем начальника Генерального штаба ВС СССР. На этом посту участвовал в разработке советской военной доктрины, развитии оперативного искусства и создании новых видов вооружений, занимался вопросами развития военного сотрудничества СССР с зарубежными странами. В составе советских военных миссий выезжал в Сирию, Анголу и Эфиопию.
С 1984 г. возглавлял представительство Министерства обороны СССР в Республике Афганистан.
В 1986 г. руководил работой воинских частей по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской атомной электростанции (Украинская ССР, ныне Украина).
В 1989-1991 гг. занимал должность главнокомандующего Сухопутными войсками - заместителя министра обороны СССР Дмитрия Язова.
Валентин Варенников дважды избирался депутатом Верховного Совета РСФСР и трижды депутатом Верховного Совета СССР, входил в депутатскую группу "Союз".
В августе 1991 г. поддержал выступление Государственного комитета по чрезвычайному положению (ГКЧП), за что 23 августа был арестован, освобожден от занимаемых должностей и помещен в тюрьму "Матросская тишина". В декабре 1992 г. по состоянию здоровья вышел на свободу под подписку о невыезде. Когда в феврале 1994 г. все проходившие по "делу ГКЧП" были амнистированы Государственной думой в обмен на роспуск парламентской комиссии по расследованию событий сентября - октября 1993 г., Валентин Варенников отказался от амнистии и настоял на том, чтобы Верховный суд РФ рассмотрел его дело. Военная коллегия Верховного суда не нашла в действиях генерала армии состава преступления и вынесла оправдательный приговор, который был опротестован Генеральной прокуратурой РФ. После повторного рассмотрения дела Варенникова президиум Верховного суда РФ оставил оправдательный приговор в силе.
Уволившись с военной службы в 1994 г., Валентин Варенников продолжал заниматься политической и общественной деятельностью. Избирался депутатом Государственной Думы РФ II и IV созывов. На выборах в 1995 и 1999 гг. баллотировался от КПРФ (во второй раз - неудачно). В 1996-1999 гг. был председателем комитета Госдумы по делам ветеранов. Являлся членом ЦК КПРФ. В 2003 г. был избран депутатом от избирательного блока "Родина".
В 1997-2005 гг. руководил Российской ассоциацией Героев.
Валентин Варенников скончался в Москве 6 мая 2009 г. на 86-м году жизни. Похоронен на столичном Троекуровском кладбище.
Генерал армии (1978).
Герой Советского Союза (1988).
Был награжден двумя орденами Ленина (1985, 1988), четырьмя орденами Красного Знамени (1944, 1945, 1968, 1973), орденом Кутузова I степени (1981), орденом Красной Звезды (1956), орденом "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени (1976), орденом Отечественной войны I степени (1985), двумя орденами Отечественной войны II степени (оба в 1943), орденом Октябрьской революции (1980), орденом "За военные заслуги" (2004), медалями, иностранными наградами.
Лауреат Ленинской премии (1990).
Почетный гражданин Армавира.
Автор ряда публикаций по военным и общественно-политическим проблемам, в том числе "Откуда исходит угроза миру" (1980), "Судьба и совесть" (1993), и книг "Неповторимое" (2000, в семи томах), "Парад Победы" (2005), "От Сталинграда до Берлина" (2010), "Дело ГКЧП" (2010).