Валерий Чкалов родился 2 февраля 1904 года в слободе Василево Нижегородской губернии. После окончания сельской школы и технического училища в городе Череповце работал молотобойцем, кочегаром. В 1919 году добровольно вступил в Красную Армию.
В 1921-1924 годах учился в Егорьевской и Борисоглебской военно-теоретических школах летчиков, Московской военно-авиационной школе высшего пилотажа; одновременно окончил Серпуховскую высшую авиационную школу стрельбы, бомбометания и воздушного боя.
С 1930 года Чкалов — летчик-испытатель НИИ ВВС, завода опытных и экспериментальных конструкций, с 1933 года — летчик-испытатель авиазавода №39 и ОКБ Н.Н. Поликарпова.
Испытал свыше 70 типов самолетов, составлявших основу истребительной авиации ВВС в конце 1930-х годов. Разработал и внедрил новые фигуры высшего пилотажа: "восходящий штопор" и "замедленную бочку". В 1936 году вместе со вторым пилотом Георгием Байдуковым и штурманом Александром Беляковым совершил перелет Москва — Земля Франца-Иосифа — Северная Земля — Петропавловск-Камчатский — остров Удд (ныне остров Чкалов в устье реки Амур). Беспосадочный перелет продолжался 56 часов 20 минут. За его выполнение Чкалову присвоено звание Героя Советского Союза.
В 1937 году экипаж Валерия Чкалова совершил беспосадочный перелет из Москвы в США (Ванкувер, штат Вашингтон) через Северный Полюс, преодолев расстояние в 11 340 километров. После этого полета к Чкалову пришла всемирная слава.
15 декабря 1938 года Валерий при первом испытательном полете истребителя И-180-1 конструкции Николая Поликарпова, который должен был заменить знаменитый, но устаревающий И-16.
Урна с прахом Валерия Чкалова установлена в Кремлевской стене.