Валерий Сергеевич Золотухин родился 21 июня 1941 года в деревне Быстрый Исток на Алтае, в семье председателя колхоза. После школы Валерий приезжает в Москву и поступает в ГИТИС на отделение оперетты.
В 1963 году его приглашают в Театр имени Моссовета, где он работает год, после чего молодой актер переходит в Театр драмы и комедии на Таганке.
Вскоре следует приглашение на первую роль в кино, Золотухин снимается в историко-приключенческом фильме «Пакет». Популярность к актеру приходит с ролью участкового Снежкина в детективе «Хозяин тайги», в этой картине он работал вместе со своим другом Высоцким. Спустя три года следует огромный успех комедии «Бумбараш».
В 1970-1990-е годы Золотухин востребован кинематографом, но к середине 1990-х, кризисному моменту в отечественном кино, почти перестает сниматься. Долгий для Золотухина «отдых» прервал сериал «Участок». Валерий Сергеевич принял участие в заметных кино– и теле-проектах последних лет («Дозоры» Тимура Бекмамбетова, «Мастер и Маргарита»), снимается в драматических и исторических сериалах.
Валерий Сергеевич — человек верующий. Он участвует в православном проекте «Рождественские истории», помог строительству церкви на родном Алтае.