Родился в селе Василёво Нижегородской губернии, ныне город Чкаловск Нижегородской области. В 1922 году Чкалов направлен в 2-ю Военную школу лётчиков Красного Воздушного флота в Борисоглебске, где совершил свой первый самостоятельный полёт. В 1927 году был делегирован в Москву как лучший лётчик Ленинградской авиаэскадрильи для участия в параде в честь 10-й годовщины Октябрьской революции. В 1930 году — лётчик-испытатель в московском Научно-испытательном институте ВВС РККА. В 1933 году — лётчик-испытатель Московского авиационного завода № 39. За время полётов разработал и внедрил новые фигуры высшего пилотажа — восходящий «штопор» и замедленную «бочку». За особые заслуги в испытании истребителей Н. Поликарпова Чкалов удостаивается ордена Ленина.
20-22 июля 1936 года на самолёте АНТ-25 Чкалов, в качестве командира экипажа с вторым пилотом Г.Байдуковым и штурманом А.Беляковым совершил беспосадочный перелёт в сложных арктических условиях. 24 июля 1936 года Валерию Чкалову было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина за беспосадочный перелёт из Москвы через Северный Ледовитый океан, Петропавловск-Камчатский на остров Удд (ныне остров Чкалова) протяжённостью 9374 километров (полётное время более 56 часов).
18-20 июня 1937 года на самолете АНТ-25 Чкалов, также совместно с лётчиками Г. Байдуковым и А. Беляковым совершил беспосадочный перелёт Москва — Северный полюс — Ванкувер (штат Вашингтон, США) протяженностью 8504 километра, продолжительность полёта — 63 часа.
15 декабря 1938 года В. Чкалов разбился в ходе испытательного полета на истребителе И-180 конструкции Поликарпова.
Урна с прахом Валерия Чкалова установлена в Кремлёвской стене на Красной площади в Москве.
Мероприятия акции памяти также прошли в Мемориальном музее В.П. Чкалова в г. Чкаловск Нижегородской области и Музее боевой славы и истории Борисоглебского авиационного гарнизона — Воронежская область.
