Виталий Коваленко родился 9 сентября 1974 года в Екатеринбурге. После школы он поступил в Екатеринбургский государственный театральный институт, который окончил в возрасте двадцати одного года. В 1996-м начинающего актера приняли в Екатеринбургский академический театр драмы, где он проработал всего несколько месяцев. Коваленко переехал в Новосибирск и поступил в труппу государственного драмтеатра «Красный факел». На этой сцене актер выступал в течение пяти лет (1997-2002), примерив самые разнообразные образы: от гоголевского Хлестакова до Херувима из «Зойкиной квартиры». В 2002 году 28-летний Виталий решил круто изменить свою жизнь и переехал в культурную столицу, где его приняли в актерский состав Александринского театра. Виталий не затерялся среди петербуржских актеров, регулярно получая крупные роли: пушкинского Дона Карлоса, толстовского Виктора Каренина, Изотова из произведения В. Дурненкова и др.
С переездом в Санкт-Петербург Виталий Коваленко начал периодически появляться на телевидении и в кинофильмах. Его первой работой на съемочной площадке стала эпизодическая роль химика в сериале «Агентство НЛС». Затем последовало небольшое участие в проекте «Не ссорьтесь, девочки!». В 2004 году тридцатилетний актер впервые исполнил главную роль в детективе «Чужое дежурство» (2004), сыграв Мельникова, начальника отдела по расследованию убийств, на плечи которого ложится тяжкий груз – раскрытие загадочного преступления. Следом Коваленко предстал в образе капитана по прозвищу Гном в сериале «Морские дьяволы» (2005) и Наполеона Бонапарта в телевизионной мелодраме «Адъютанты любви» (2005). Эти роли принесли Виталию широкую известность. Боле того, он оказался востребованным актером не только в телепроектах, но и в авторских лентах. Так, в 2005 году Коваленко сыграл Николая Гумилева в картине Александра Рогожкина «Своя чужая жизнь» и появился в драме Артема Антонова «Полумгла» (2005), действие которой разворачивается во времена Великой Отечественной, в глухой деревне на Русском Севере, где бригада немецких военнопленных строит вышку для радиомаяка. Фильм, где Виталий предстал сельчанином Митрофаном, повествует об отношениях немцев с местными жителями.
В 2008 году Коваленко стал героем драмы Николая Дрейдена «Придел Ангела», исполнив роль Петра. Фильм рассказывает о молодом советском комиссаре Максиме, сыне православного священника, который отправляется по заданию спецслужб на маленький остров-монастырь в Ладожском озере и встречается с героем Коваленко. Лента успешно прошлась по кинофестивалям. В 2010 году актер появился в очередном популярном сериале «Государственная защита», где воплотил образ Ярослава Малича. Спустя пару лет он стал героем телефильма «Кома» и драмы Алена Званцова «Небесный суд» (2012), где сотрудничал с такими звездами, как Константин Хабенский, Михаил Пореченков, Анна Михалкова. Виталию досталась роль второго плана Дениса Рыбакова. Лента рассказывает о друзьях Андрее и Вениамине, участниках Небесного Суда, которые решают, куда направить душу человека после смерти – в Рай или в Ад. Однажды друзья ссорятся из-за «работы». Благодаря звездному актерскому составу и оригинальному сценарию драма имела заметный фестивальный успех.
