Родился 15 декабря 1923 года в городе Краснодаре. Отец — Варенников Иван Евменович (1895—1974), участник Гражданской войны. Окончил Промакадемию в Москве, занимал различные руководящие посты на хозяйственной работе. Мать — Варенникова Мария Алексеевна (1901—1930). Супруга — Варенникова Елена Тихоновна (1923 г. рожд.), ветеран Великой Отечественной войны, старший лейтенант в отставке. Сыновья: Варенников Валерий Валентинович (1951—2003); Варенников Владимир Валентинович (1955 г. рожд.), генерал-майор, участник войны в Афганистане.

До войны Валентину Варенникову довелось жить во многих южных городах Кубани: в Темрюке, в станице Крымской, в городе Армавире. С детства он мечтал строить корабли, а после окончания средней школы собирался поступать в Ленинградский кораблестроительный институт, однако, все планы перепутала война...

С ее объявлением Валентин и его товарищи, выпускники средней школы, сразу обратились в военкомат с целью добиться призыва в действующую армию. Сначала получили отказ. Некоторое время пришлось работать в военкомате, выполнять различные поручения.

Однако вскоре Валентин был призван и отправлен на Урал, в местечко Уктус, в окрестности Свердловска, где находилось эвакуированное из Черкасс военное пехотное училище. В нем он проучился десять месяцев, до лета сорок второго, пройдя полный курс обучения, и в сентябре вместе с шестью сослуживцами попал на Сталинградский фронт.

Прибыв в Сталинград, лейтенант Варенников получил назначение командиром взвода в 138-ю стрелковую дивизию, которой командовал полковник И.И. Людников. Дивизия вела ожесточенные бои с численно превосходящим противником, обороняя завод "Баррикады". Противнику все-таки удалось прорваться к Волге севернее и южнее завода. В итоге дивизия оказалась отрезанной от главных сил 62-й армии генерала В.И. Чуйкова и представляла собой яростно сражавшийся островок в море огня. Несмотря на все попытки, гитлеровцам так и не удалось его ликвидировать.

Командиром взвода, затем командиром минометной батареи стрелкового полка лейтенант Варенников сражался в Сталинграде долгих 79 дней и ночей. После многих недель героической обороны, 138-я стрелковая дивизия, которая за бои в Сталинграде была впоследствии преобразована в 70-ю гвардейскую, участвовала в операции по окружению и ликвидации вражеской группировки в городе. В одном из боев В.И. Варенников был ранен осколком мины и попал в госпиталь.

После Сталинградской битвы в составе 8-й гвардейской армии В.И. Варенников участвовал в кровопролитных сражениях за Левобережную Украину, особенно отличившись в боях под Изюмом, на Юго-Западном, а затем на 3-м Украинском фронтах. В 1943 году старший лейтенант Варенников назначается заместителем командира 100-го гвардейского стрелкового полка по артиллерии 35-й гвардейской стрелковой дивизии. В этой должности он участвовал в боях на Северном Донце в районе Балаклеи и Изюма, в форсировании Днепра и в освобождении Правобережной Украины, в освобождении Кривого Рога, Одессы. Затем в форсировании Днестра и в ожесточенных боях на Днестровском плацдарме в районе Шерпен.

К этому времени В.И. Варенников уже имел два боевых ордена. Когда 8-я гвардейская армия была переброшена на 1-й Белорусский фронт, В.И. Варенников со своим полком участвовал в знаменитой операции "Багратион", в прорыве вражеской обороны западнее Ковеля. В конце июля и начале августа 1944 года вступил на польскую землю и вел бои за овладение плацдармом на Висле южнее Варшавы в районе Магнушева. Там был тяжело ранен и лечился в госпитале четыре месяца. Затем вернулся в родной полк и в середине января 1945 года участвовал в наступлении советских войск от Балтики до Карпат. Участвовал в боях за плацдарм в районе города Кюстрина на Одере. В марте 1945 года В. Варенников был ранен третий раз. А в апреле—мае уже в звании капитана принимал непосредственное участие в Берлинской операции. Штурмовал Зеловские высоты, утром 2 мая был в здании рейхстага в Берлине.

Капитану Варенникову было поручено готовить сводную армейскую роту для парада на Красной площади в Москве, которая потом влилась в состав сводного полка 1-го Белорусского фронта. По личному распоряжению Г.К. Жукова назначен начальником почетного караула, который сопровождал Знамя Победы из Берлина.

Первые пять послевоенных лет В.И. Варенников продолжал служить в 8-й Гвардейской армии В.И. Чуйкова, входившей в состав Советских оккупационных войск в Германии (с 1949 года - Группа советских войск в Германии). Командовал различными воинскими подразделениями. В 1950 году майор Варенников переведен в Киевский военный округ. В 1951 году поступил в Военную академию имени М.В. Фрунзе, а в 1954 году, успешно окончив ее, получил назначение в Северный военный округ на должность заместителя командира 251-го стрелкового полка 54-й стрелковой дивизии.

На Севере, в основном в Заполярье, пришлось прослужить около 15 лет. Пришлось не раз принимать разные полки с задачей поднять их на уровень требований главкома и министра обороны. После того как эта задача успешно решалась, В.И. Варенникова ставили на следующий полк, чтобы и его "вывести из прорыва". Таким образом он последовательно командовал четырьмя полками. Досрочно получил воинское звание "полковник". Затем служил заместителем командира, командиром 54-й мотострелковой дивизии. На инспекторской проверке, проведенной Министром обороны, дивизия получила высокую оценку и была объявлена в числе шести лучших дивизий Сухопутных войск за 1964 год.

В 1967 году В.И. Варенников оканчивает Военную академию Генерального штаба с золотой медалью и вновь возвращается на Север. Теперь уже в качестве командира армейского корпуса в Архангельске. Через два года его назначают командующим 3-й Ударной армией в Группе советских войск в Германии. В то время это было самое крупное объединение в Советских Вооруженных Силах (5 дивизий, из них 4 танковые, несколько бригад и отдельных полков), насчитывающее свыше 75 тысяч человек личного состава и 2,5 тысячи танков, много другой техники. Через два года 3-я Ударная армия стала лучшей по всем показателям в ГСВГ, а ее командующий стал первым заместителем Главнокомандующего Группой.

В 1973 году — новое назначение — командующий Прикарпатским военным округом. Это был, по собственному признанию В.И. Варенникова, самый эффективный и плодотворный этап в его воинской службе. На протяжении всех шести лет, когда он командовал войсками округа, ПрикВО считался одним из самых передовых военных округов в Вооруженных Силах, что отмечалось в приказах Министров обороны СССР.

Следующая яркая страница в военной биографии генерала В.И. Варенникова — это работа в Генеральном штабе Вооруженных Сил. В 1977 году Валентин Иванович оканчивает Высшие академические курсы Генерального штаба. Спустя год ему присваивается звание генерала армии, и в 1979 году он назначается первым заместителем начальника Генерального штаба Вооруженных Сил СССР, одновременно является начальником Главного оперативного управления.

С конца 1984 по февраль 1989 года В.И. Варенников — руководитель представительства Министерства обороны СССР в Республике Афганистан. Все эти пять лет войны находился там на постоянной основе, приезжая в Москву только для докладов в Министерство обороны или на заседание комиссии Политбюро ЦК КПСС по Афганистану.

В Кабуле В.И. Варенников, как правило, не засиживался, побывал во всех провинциальных и многих уездных центрах республики, в большинстве районов, где проводились боевые операции или происходило обострение обстановки. Не раз, попадая в экстремальные ситуации, проявлял личное мужество. Имел контакты с представителями всех слоев афганского общества, оппозиции в лице крупных полевых командиров, отдельных представителей руководства «Альянса-7», великолепно знал обстановку в ДРА, положение и состояние войск 40-й армии и ВС ДРА. Часто выезжал и вылетал в глубинку, где встречался с губернаторами провинций, представителями духовенства, командирами и бойцами афганской армии, с полевыми командирами и рядовыми моджахедами, местными жителями.
По признанию В.И. Варенникова, Афганистан оставил тяжелые зарубки в сердце. Воевал в Афганистане один из его сыновей — Владимир, офицер, командовал полком, служил в одном из самых гиблых, гнилых мест, перенес тяжелый гепатит, сложную операцию. Сам Валентин Иванович переболел многими болезнями — малярией, воспалением легких.

Одна из командировок с Афганской войны связана с глобальной трагедией ХХ века — Чернобыльской катастрофой. В 1986 году (с 15 мая по 15 июля и с 1 сентября по 15 октября) он был руководителем работ воинских частей по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Организовывал работы непосредственно на АЭС и в прилегающих районах, руководил размещением и устройством многочисленных воинских частей, которые были выделены для этих целей из наших Вооруженных Сил.

В 1988 году за решение военных задач в Афганистане генерал В.И. Варенников был удостоен звания Героя Советского Союза.

В январе 1989 года его назначают Главнокомандующим Сухопутными войсками — заместителем министра обороны СССР. На новой должности генералу армии В.И. Варенникову пришлось решать сложные задачи, участвовать в процессах не только чисто военных, но и политических. Особенно драматичным оказался вывод войск из Восточной Европы и Монголии.

Весной 1991 года, когда процессы вывода воинских соединений, обустройства военных городков были в основном отлажены, В.И. Варенников поставил министра обороны маршала Д.Т. Язова в известность, что буду увольняться. Летом того же года повторил свою просьбу, назвал фамилии, кто бы мог заменить его. Но в отставку не суждено было уйти — помешали августовские события... В 1991 году В.И.Варенников встал в строй тех, кто предпринял попытку спасти развал СССР, активно поддержал членов ГКЧП. Для него это было естественным шагом, ведь еще в 1989 году, будучи избранным Народным депутатом СССР, он входил в депутатскую группу "Союз", созданную в противовес межрегиональной группе Попова — Афанасьева, а позже был одним из 12 подписавших известное обращение "Слово к народу", опубликованное в печати 23 июля 1991 года.

После августовских событий В.И. Варенников был обвинен в измене родине. Когда в феврале 1994 года лица, проходившие по делу ГКЧП, были амнистированы Государственной думой в обмен на роспуск парламентской комиссии по расследованию трагических событий сентября—октября 1993 года, из всех участников августовских событий В.И. Варенников отказался от амнистии и настоял на том, чтобы Верховный суд России рассмотрел его дело. Военная коллегия Верховного суда не нашла состава преступления в его действиях и вынесла оправдательный приговор. Генеральная прокуратура под давлением президента страны Ельцина вынесла протест на приговор Военной коллегии. Тогда делом В.И. Варенникова занялся высший судебный орган страны — Президиум Верховного суда. Тщательно и всесторонне изучив обстоятельства дела, Президиум не пошел на поводу Прокуратуры и снял с В.И. Варенникова все обвинения в измене Родине. Приговор был окончательный и обжалованию не подлежал.

С тех пор Валентин Иванович продолжает активно заниматься политической и общественной деятельностью. На выборах 1995 года избран депутатом Государственной Думы РФ. С января 1996 по 1999 годы работал председателем комитета Государственной Думы по делам ветеранов. В его активе как народного избранника реализация Федерального закона "О ветеранах", особенно в плане социальной защиты ветеранов войны и военной службы, ветеранов труда.

Ныне генерал армии В.И. Варенников — председатель правления Российской ассоциации Героев Советского Союза, Героев России и кавалеров ордена Славы трех степеней, член ЦК КПРФ. Он автор ряда публикаций по военным и общественно-политическим проблемам, в том числе «Откуда исходит угроза миру» (1980), "Судьба и совесть" (1993). В 2000 году В.И. Варенников выпустил уникальное издание — 7-томник «Неповторимое». Это — честная исповедь выдающегося сына России, прошедшего путь солдата, офицера, военачальника, государственного и общественного деятеля, своего рода учебник истории ХХ века.

На выборах 7 декабря 2003 года избран депутатом Государственной думы РФ.

Герой Советского Союза генерал армии В.И. Варенников награжден двумя орденами Ленина, четырьмя орденами Красного Знамени, орденами Октябрьской Революции, Кутузова I степени, тремя — Отечественной войны I и II степени, Красной Звезды, "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени, тридцатью медалями СССР, а также более чем двадцатью иностранными орденами и медалями. В 1990 году за участие в изобретении нового оружия ему была присуждена Ленинская премия.

В 2002 году удостоен звания лауреата Премии имени В.И. Вернадского «за особый вклад в развитие России». Лауреат премии имени М.А. Шолохова.

Живет в Москве.