Родился в 1939 году в Москве.
Живет и работает в Москве.
Окончил Московскую среднюю художественную школу и художественный факультет Всесоюзного государственного института кинематографии. Член Союза Художников России.
Будучи студентом, оформил театральные постановки на сценах учебных театров ВГИКа и ГИТИСа (РАТИ): «Игрок» по Ж. Реньяру и «Трехгрошовая опера» по Б. Брехту. Работал художником-постановщиком на киностудии «Мосфильм», сценографом в Малом театре. Среди основных работ Валерия Харитонова в театре: «Разбойники» Ф. Шиллера (1971 год, Малый театр), «Человек и глобус» В. Лаврентьева (1972 год, Малый театр), «Каменный хозяин» Л. Украинки (1973 год, Малый театр), «Яков Пасынков» И. Тургенева (1982 год, Малый театр), «Обыкновенная история» И. Гончарова (1983 год, Паневежский драматический театр), «Три сестры» А. Чехова (1985 год, Паневежский драматический театр).
С конца 1970-х годов живопись Валерия Харитонова приобретают частные галереи и коллекционеры Греции, Дании, Израиля, Испании, Италии, Норвегии, США, Франции, ФРГ, Чехии, Югославии и Японии. С 1986 года в Москве регулярно проходят персональные выставки художника.