Родился 11 августа 1925 года в деревне Каргачево Кубеноозерского района Вологодской области. Мать - Екатерина Александровна. Супруга - Дементьева Нинелла Вячеславовна (1930 г. рожд.). Сын - Вадим Валерьевич (1950 г. рожд.), консультант Аппарата Совета Федерации, главный редактор журнала Совета Федерации, член Союза писателей России, кандидат филологических наук. Внуки - Дмитрий (1979 г. рожд.), Валерий (1984 г. рожд.).

Родные места Дементьева известны в России с глубокой древности. Деревня стоит на тракте Вологда-Кириллов, который вел в Кирилло-Белозерский монастырь, один из центров духовной жизни Древней Руси. Рядом с Кирилловым расположен не менее знаменитый Ферапонтов монастырь с фресками выдающегося древнерусского художника Дионисия. Дальше дорога ведет в город Белозерск, упоминаемый в Начальной русской летописи с IX века. По этому пути проезжали Нил Сорский и протопоп Аввакум, Иван Грозный и Петр I, Даниил Заточник и Дионисий Глушицкий. Вокруг Кубенского озера, на берегу которого находится Каргачево, процветали богатые северные монастыри, основанные еще сподвижниками Сергия Радонежского, а на острове располагалась настоящая жемчужина древнерусской архитектуры - каменные Кижи, Спасо-Каменный монастырь, разрушенный в 30-е годы. По словам Патриарха всея Руси Алексия II, эти места дали России больше святых подвижников и праведников, чем все остальные древнерусские земли, вместе взятые.

Не только древностью и высоким развитием духовной культуры славится кубеноозерская земля. Неяркая, но могучая северная природа здесь развернулась в полную силу: огромная гладь озера в окружении таежных лесов, тихие закаты в полнеба, пестрое разнотравье, огромные ледниковые валуны... Эти места привлекали самых разнообразных художников и писателей России - от Константина Коровина до Василия Белова и Виктора Астафьева.

После окончания в Вологде средней школы Валерий Дементьев был призван в действующую армию и направлен в Московское военно-инженерное училище, которое располагалось в подмосковном Болшево. Окончив ускоренный курс обучения офицеров-саперов, лейтенант Валерий Дементьев в июне 1944 года получает под команду разведывательно-инженерный взвод на Ленинградском фронте, участвует в боях на Карельском перешейке. Затем дороги войны привели его в европейские страны, которые он освобождал в составе 314-й Кингисеппской стрелковой дивизии 59-й армии 1-го Украинского фронта. В качестве командира отдельного инженерного взвода разведки Валерий Дементьев участвовал в Львовско-Сандомирской, Сандомирско-Силезской, Нижне-Силезской, Верхне-Силезской, Берлинской и Пражской наступательных операциях. Был контужен.

Уже закончилась война. В жизни Валерия Дементьева случился, быть может, самый драматический эпизод в его фронтовой судьбе. В чешском городе Градец-Кралове все еще не был разминирован главный городской собор, уникальный памятник древней архитектуры. Молодой сапер Валерий Дементьев мог направить для разминирования любого из своих подчиненных, но у солдат в его взводе были семьи, дети. Никто не хотел умирать после Победы. И тогда он пошел в собор один. Весь город замер в ожидании - что будет?.. Прошел час, другой. Система минирования оказалась секретной. Томительно тянулось время... И наконец из дверей показался смертельно усталый лейтенант, разгадавший-таки схему минирования и предупредивший неминуемый взрыв.

За этот подвиг лейтенант Валерий Дементьев был удостоен звания Почетный гражданин Градец-Кралова. Также за время войны он был награжден орденом Красной Звезды, медалями "За освобождение Праги", "За победу над Германией" и другими наградами.

В победном году Валерий Дементьев был уволен в запас. Надо было начинать мирную жизнь. С трофейным аккордеоном поехал к матери в Вологду (отец погиб еще в финскую войну), поступил учиться на литературный факультет Вологодского педагогического института, который окончил в 1950 году. В том же году женился на землячке Нинелле Кирьяновой, и у них родился сын Вадимени

Впервые опубликовался как поэт в 1947 году в местной газете "Красный Север". В 1952 году в Вологодском книжном издательстве вышла его первая книга стихов "Мои односельчане". Но тяга к анализу и осмыслению современного литературного процесса, интерес к крупным поэтическим явлениям вытесняли в его раннем творчестве собственно поэтические занятия.

В 1951 году он поступает в аспирантуру Литературного института имени А. М. Горького и начинает заниматься изучением творчества видных поэтов своего времени. Молодая литературная среда в начале 50-х годов представляла собой интересное и самобытное явление. В Москве набирала творческую силу целая плеяда писателей-фронтовиков, чьи имена вскоре станут известны читателям всей страны. Среди них: Юрий Бондарев, Григорий Бакланов, Юлия Друнина, Николай Старшинов, Юрий Левитанский, Алексей Недогонов, Александр Межиров, Сергей Орлов и многие-многие другие. Почти все они учились в те годы в Литературном институте. Бесспорным авторитетом для этого поколения был Александр Твардовский, с которым Валерий Дементьев встречался еще в конце 40-х годов как молодой стихотворец. Тогда-то автор "Василия Теркина" ему и посоветовал продолжить учебу в Москве, не спешить с определением своих жанровых литературных пристрастий.

В 1956 году в Москве вышла монография Валерия Дементьева "Степан Щипачев". Отныне главное внимание литературный критик сосредотачивает на современной поэзии России в ее вершинных достижениях. После окончания аспирантуры он остается преподавать на кафедре творчества Литературного института, работает в отделе критики журнала "Октябрь", которым руководил известный писатель Федор Панферов. Его первая книга и публикации в столичной печати замечены, и в 1957 году Валерий Дементьев был принят в Союз писателей СССР.

Пристрастия Валерия Дементьева как писателя определялись самим временем. Конец 50-х - начало 60-х годов совпали с массовым увлечением поэзией, литературой в целом. Это было временем творческого расцвета и молодых поэтов, и представителей старшего поколения, годы всеобщих надежд и дерзаний. Среда, в которой работал литературный критик, была в высшей степени плодотворна - это поколение замечательных писателей, прошедших дорогами войны, знающих реальную цену жизни. И наконец, на родине Валерия Дементьева, в Вологде, в эти же годы начала складываться творчески самобытная школа русских писателей, во главе которой стоял признанный мастер послевоенной литературы Александр Яшин. Все это вместе взятое не могло не сказаться на определении дальнейших литературных пристрастий и поисков Валерия Дементьева.

Начиная с 60-х годов одна за другой в Москве и в Вологде выходят его книги: "Голубое иго. Поэзия Александра Прокофьева" (1964), "Сильный, как терн. Ярослав Смеляков" (1967), "Огненный мост. Книга о поэзии" (1970), "Леонид Мартынов. Поэт и время" (1971), "Дар Севера" (1973), "Александр Твардовский" (1976) и другие. Имя Валерия Дементьева как аналитика современного литературного процесса становится авторитетным, он широко печатается в периодике, избирается в руководящие органы Союзов писателей СССР и РСФСР, ведет преподавательскую работу в Литературном институте, работает в редакционных коллегиях ряда центральных газет и журналов.

Часто приезжая в родные места, Валерий Дементьев кропотливо собирает материал по истории Севера, о его духовной культуре. Еще одной его литературной ипостасью стали книги эссеистских очерков "Северные фрески" (1967), "Спас-камень" (1968), "Великое устье" (1972), с сыновьей любовью повествующие о прошлом и настоящем русского Севера. Повесть "Дионисий" (1973) стала первым литературном рассказом о гениальном живописце и вызвала большой читательский интерес.

В те же годы Дементьев активно помогает землякам-писателям, выступая в московской прессе с рецензиями и статьями о новых книгах вологжан Сергея Викулова, Ольги Фокиной, Александра Романова, Николая Рубцова.

Конец 70-х - начало 80-х годов стали временем расцвета творчества Валерия Дементьева. Итоги своих многолетних литературоведческих и критических наблюдений над современным литературным процессом он подводит в книгах "Мир поэта" (1980), "Мой лейтенант. О Сергее Орлове" (1981), Избранные произведения в 2-х томах (1982), "Исповедь земли. Слово о российской поэзии" (1984), "Поэт и время" (1986), "Грани стиха" (1988), "Личность поэта" (1989) и в других монографиях и сборниках.

В 1982 году Валерий Дементьев был удостоен звания лауреата Государственной премии РСФСР имени А. М. Горького.

В 1984 году он защищает в Институте мировой литературы А. М. Горького докторскую диссертацию на тему современной русской лирики. В те же годы становится профессором Литературного института имени А. М. Горького.

Являясь секретарем Союза писателей РСФСР по критике и литературоведению, руководя творческими семинарами, Валерий Дементьев воспитал в 70-80-е годы целую плеяду молодых литературных критиков. Им же были составлены сборники статей начинающих российских критиков и литературоведов "Сверстники", выходившие в 80-е годы. На их страницах появились первые публикации Владимира Коробова, Александра Панкова, Татьяны Очировой, Николая Машовца, Сергея Чупринина, Георгия Анджапаридзе, Владимира Васильева, Александра Карелина, Казбека Шаззо, Александра Шкляева, Сергея Боровикова, Николая Утехина, Леонида Асанова, Святослава Педенко и многих других.

За большую и плодотворную работу в литературе, общественную деятельность Валерий Дементьев награжден орденами Трудового Красного Знамени, "Знак Почета", многими медалями.

В настоящее время Валерий Васильевич Дементьев на пенсии как инвалид Отечественной войны первой группы. Среди его увлечений - рыбалка, книги по искусству.

Живет и работает в Москве.