Его отец работал начальником милиции, а мать – телефонисткой. Детство Валентина прошло в Макеевке, где он участвовал в спектаклях местного народного театра, затем семья Грудининых переехала в Донецк. В 1942 году Валентина призвали в армию, где он служил в составе армейского ансамбля. В конце войны, по ложному обвинению, он был осужден за антисоветскую пропаганду и отправлен отбывать заключение в Норильск. После смерти Сталина Грудинин был освобожден, а затем реабилитирован. Валентин Гурьевич уехал в Иваново-Франковск, где начал работать в местном драмтеатре. В 1955 году он получил предложение с Киевской киностудии сыграть одну из главных ролей в фильме «Когда поют соловьи». Роль председателя колхоза Тимофея Завирюхи стала одной из лучших работ актера и открыла ему дорогу в большое кино. В 1957 году Валентин Гурьевич переходит в штат Киностудии имени Довженко и начинает активно сниматься, исполняя, в основном, характерно-комедийные и героические роли. В период съёмок фильма «Когда поют соловьи», в один из вечеров отдыха, Валентин Грудинин познакомился со своей будущей женой Азой Михайловной, которая тогда работала медсестрой. Они поженились, у супругов родилась дочь. К несчастью родителей, в семилетнем возрасте она умерла от заболевания крови. В конце жизни Валентин Гурьевич не работал, много болел, страдая гипертонической и сердечной болезнями. Умер 24 ноября 2004 года. Похоронен актёр на Лесном кладбище Киева.