Родился 8 сентября 1955 года в Казани. В 1973 году окончил Казанское Суворовское военное училище, в 1977 году — Казанское высшее танковое командное училище имени Верховного Совета Татарской АССР, в 1987 году — Военную академию бронетанковых войск имени Маршала Советского Союза Р. Я. Малиновского, в 1997 году Военную академию Генштаба ВС РФ..

В 2009-2012 гг. командовал парадами в честь Дня Победы на Красной площади в Москве.С 13 ноября 2012 года является членом Совета Безопасности.

По мнению ряда зарубежных военных специалистов, считается создателем «доктрины Герасимова», которая легла в основу российской концепции войны нового поколения.

В апреле 2014 года был включен в санкционный список ЕС, в мае — в санкционный список Канады. Bellingcat относит Валерия Герасимова к числу тех, кто, возможно, отвечал за транспортировку ЗРК «Бук» на территорию Донбасса, неконтролируемую Украиной, и за пуск ракеты, которая сбила Боинг 777 рейса MH17 17 июля 2014 года.

5 августа 2015 года военная прокуратура Украины объявила Валерия Герасимова «главным идеологом войны на Донбассе».

25 февраля 2022 года США внесли Герасимова в санкционный список особо обозначенных граждан и заблокированных лиц OFAC.