Родился 21 июня 1941 года в Алтайском крае. Детство мальчика выдалось тяжелым: будучи мальчишкой он повредил колено, а в результате неправильной медицинской помощи возникли серьезные осложнения, и Валерий был вынужден ходить на костылях. Более того, по прогнозу врачей он никогда больше не должен был ходить самостоятельно. При этом с юности Валерий мечтал стать актером. К окончанию школы Золотухин оправился от травмы, но сохранил хромоту. Набравшись решимости, он подал документы в ГИТИС и, к собственному удивлению, был принят. Первое время из-за состояния здоровья ему было нелегко поспевать за остальными студентами, но Валерий проявлял разносторонние таланты и был отмечен педагогом, которая являлась режиссёром театра Моссовета, где вскоре Золотухин и стал играть. В студенческие годы Золотухин также познакомился с Ниной Шацкой, вместе с которой учился. После окончания ГИТИСа они поженились. После института около года Валерий работал в Театре Моссовета, а затем стал актером Театра драмы и комедии на Таганке, где также выступала и его жена.
В кино Золотухин впервые снялся в 1965 году, при этом сразу же сыграл главную роль в фильме «Пакет». Следующая работа на съемочной площадке выдалась лишь спустя три года, когда на экраны вышли ленты «Интервенция» и «Хозяин тайги» с Владимиром Высоцким, с тех пор кинокарьера Валерия стремительно пошла вверх. Вскоре он снялся в фильмах «Бег», «Салют, Мария!» и «Бумбараш», который принес ему первую большую известность. В тот же период с его участием вышли ленты «Пропажа свидетеля», «Царевич Проша», «Единственная». В начале 70-х распался брак Золотухина с Шацкой, а спустя какое-то время на съемках картины «Единственная» актер познакомился со своей будущей второй женой. Наиболее плодотворными для Золотухина выдались 70-е и 80-е годы, он стал одним из наиболее популярных актеров в стране и сыграл в целом ряде успешных фильмов, среди которых «Любовь Яровая», «Смешные люди!», «Демидовы», «Остров сокровищ», «Средь бела дня...» и «Чародеи». Не в меньшей степени он блистал и на театральной сцене.
С началом 90-х годов и кризисом в российском кинематографе Валерий Золотухин стал реже появляться на экранах. Лишь в 2003-м году, благодаря роли в телесериале «Участок», на него вновь обратили внимание продюсеры и режиссеры. Так, спустя год ему предложили сняться в блокбастере «Ночной дозор», а следом уже с его участием свет увидели такие ленты, как «Дневной дозор», «Мастер и Маргарита», «1612», «Утомленные солнцем 2» и «Пять невест». В 2011-м году Золотухин стал директором Театра на Таганке.
С конца 2012 года актер несколько раз подвергался госпитализации, ему был поставлен диагноз - глиобластома. А 30 марта 2013 года Валерий Золотухин скончался, и был похоронен в его родном селе Быстрый Исток.
