Народився 6 січня 1939 року у Києві в сім'ї робітника. Батько Василь Михайлович Лобановський працював на заводі, мати Олександра Максимівна Бойченко — домогосподарка. Рідний дядько Лобановського по матері — український письменник Олександр Бойченко. Під час війни родина перебувала в окупованому Києві, проживали в Голосієві.
Навчався у київській школі № 319 (нині проспект Валерія Лобановського, 146). Зараз там встановлено меморіальну дошку, а сам навчальний заклад названо іменем Лобановського. Закінчив школу зі срібною медаллю. У 1956 році вступив до Київського політехнічного інституту, де з частими перервами, академвідпустками і поновленнями вчився до 1964 року, коли сам написав прохання про відрахування з ВНЗ. Потім таки здобув вищу освіту — в Одеському політехнічному інституті. Незвичним залишається факт, що такий видатний тренер не мав вищої фізкультурної освіти.
Вихованець футбольної школи № 1 (від 1952 року) та футбольної школи молоді (ФШМ) у Києві (від 1955 року). Перший тренер — Микола Чайка.
1957 року 18-річного нападника запросили до дубля «Динамо» (Київ). Після певного періоду гри за дублерів дебютував у чемпіонаті Радянського Союзу 29 травня 1959 року у матчі з ЦСК МО. Лобановський прославився вмінням надзвичайно точно подавати підкручені м'ячі з кутових та штрафних ударів (т. зв. «сухий лист») — часто після різаних передач Лобановського м'яч влітав у ворота безпосередньо з кутового. На тренуваннях відпрацьовував удари такого типу, використовуючи фізичний ефект Магнуса і власні математичні підрахунки. Його порівнювали з таким видатним тогочасним майстром виконання цього технічного елемента, як бразилець Діді — чемпіон світу 1958, що саме на цьому турнірі зразково виконував підкручені і «різані» паси та удари. Партнери відзначали нестандартне мислення Валерія на футбольному полі, вміння застосовувати дриблінг, що було незвичним для таких високих (187 см) гравців. Часто його стрімкі проходи лівим краєм поля завершувалися точною передачею у середню частину поля. Володів цілою низкою фінтів та обманних рухів. Добре грав головою у повітрі.
З сезону 1960 став повноцінним футболістом основного складу, переважно діяв на лівому фланзі нападу, де чудово зігрався з Валентином Трояновським. У тому ж році Лобановський став найкращим бомбардиром клубу, забивши 13 голів. У сезоні 1961 року команда «Динамо» (Київ) увійшла до історії, ставши першою немосковською командою-чемпіоном, нападаючий Лобановський відзначився 10 голами у чемпіонаті.
Валерія Лобановського запрошували і до збірної СРСР, але тоді в Радянському Союзі було дуже багато лівих нападаючих високого рівня (Михайло Месхи, Анатолій Ільїн, Галімзян Хусаїнов), тому киянин зіграв лише 2 матчі (проти Австрії та Польщі). Також провів дві гри за олімпійську команду СРСР, де був капітаном та діяв на місці центрального нападаючого. Завершував ігрову кар'єру в одеському «Чорноморці» (1965—1966) та донецькому «Шахтарі» (1967—1968, 1968 року був капітаном команди).
Всього як гравець Валерій Лобановський провів у вищій лізі 253 матчі та забив 71 гол (у київському «Динамо» — 144 матчі та 42 голи, в одеському «Чорноморці» — 59 та 15, у донецькому «Шахтарі» — 50 та 14).
За рік після закінчення ігрової кар'єри Лобановський став тренером дніпропетровського «Дніпра». За три роки Лобановський, застосовуючи ефективні тренувальні методики, вивів команду до Вищої ліги. У той же час вступив до КПРС. Потім, на особисте запрошення Щербицького, перейшов до свого колишнього клубу «Динамо» Київ, у якому, починаючи з 1974 року, пробув тренером 17 років. Під його керівництвом київське «Динамо» 8 разів ставало чемпіоном СРСР та 6 разів володарем Кубка СРСР. Двічі (у 1975 та 1986 роках) клуб виграв європейський Кубок Кубків, а також у 1975 році європейський Суперкубок.
Паралельно з тренерською діяльністю в «Динамо» Лобановський тричі ставав тренером збірної СРСР. Вперше команда здобула бронзові медалі на Олімпійських іграх 1976 року. Найбільшого успіху на чемпіонатах світу Лобановський досяг під час свого третього перебування на посаді тренера радянської збірної, коли він склав команду майже виключно з гравців київського «Динамо». На чемпіонаті світу 1986 року команда посіла перше місце в підгрупі, але в 1/8 фіналу поступилася збірній Бельгії в напруженій боротьбі з рахунком 3:4. На чемпіонаті Європи 1988 року збірна СРСР знову стала першою в підгрупі, перемігши в ході боротьби в групі збірну Нідерландів. Команді Лобановського вдалося вийти у фінал, де, однак, повторна перемога над голландцями не вдалася і збірна СРСР стала віце-чемпіоном Європи, програвши 0:2.
1990 року відразу після чемпіонату світу в Італії Лобановський прийняв пропозицію стати національним тренером збірної ОАЕ. Тренувавши футболістів у 1990—1992 роках, Лобановський здобув 4 місця на Кубку Азії — найкращий результат в історії збірної. У 1994—1996 роках був тренером збірної Кувейту, яку зумів вивести на Кубок Азії 1996 року і призвести до бронзи на Азіатських іграх 1994 — знову ж таки один із найкращих результатів команди.
У січні 1997 року Лобановський повернувся до київського «Динамо». Зусиллями Лобановського клуб повернувся до еліти європейського футболу. Склавши нову сильну команду, Лобановський став завдавати видовищних поразок європейським грандам, а 1999 року досяг з «Динамо» півфіналу Ліги чемпіонів, де клуб поступився мюнхенською «Баварії» із загальним рахунком 3:4. У період з 2000 до 2002 року Лобановський був за сумісництвом тренером збірної України. Лобановський зумів вивести українців у плей-офф відбіркового кола на ЧС-2002, але там збірна України поступилася майбутньому срібному призеру — збірній Німеччини.
Перший раз серйозні проблеми з серцем виникли у тренера у 1988 році — відтоді під час усіх поїздок Лобановського намагалась супроводжувати дружина Аделаїда. Після повернення із закордону було видно, що фігура у Лобановського вже не є такою підтягнутою, як раніше, позаяк тренер мусив полегшити свої заняття фізкультурою через особливості близькосхідного клімату і солідний вік. Другий інфаркт трапився восени 2001 року — внаслідок цього наставник переніс операцію. В кінці 2001 року Лобановський пропустив усі виїзні ігри «Динамо» у Лізі чемпіонів через гіпертонію і заборону лікарів подорожувати літаками.
7 травня 2002 року Лобановському стало погано під час календарної гри чемпіонату з «Металургом» у Запоріжжі. Тренера госпіталізовано з діагнозом «інсульт» та прооперовано, стан здоров'я оцінено як критичний. Преса, яка регулярно слідкувала за станом здоров'я Лобановського, писала, що надія на поправку ще є, але Валерій Васильович вже не прийшов до тями. Його серце зупинилося 13 травня 2002 року о 20:35. Валерій Лобановський помер в «день народження» київського «Динамо» — рівно 75 років із дня заснування. Фінал європейської Ліги чемпіонів між німецьким Баєр 04 та іспанським Реал Мадрид, який відбувся через 2 дні, розпочали з хвилини мовчання віддаючи шану українському тренеру.
Після такої важкої втрати «Динамо» влітку 2002 року вперше з 1992-го не виграло чемпіонат України, поступившись «Шахтарю» одним пунктом.
15 травня 2002 року Лобановському посмертно надали звання Героя України, найвища нагорода країни.
Нагороджений орденами "Знак пошани" (1971), Трудового червоного прапора (1987), Кавалер Рубінового ордена УЄФА "За заслуги". Герой України (посмертно) Його ім'ям названо київський стадіон "Динамо".
Майстер спорту СРСР (1960). Заслужений тренер СРСР (1975). Кавалер радянських орденів «Знак Пошани» (1971) та Трудового Червоного Прапора (1987). Кавалер ордена України «За заслуги» ІІ та ІІІ ступенів.
Один із найкращих тренерів в історії футболу, входить до списку 50 найкращих тренерів за останні 50 років (1959—2009) за версією World Soccer, а також до списку найкращих тренерів післявоєнного періоду за версією The Times. Зайняв 7-й рядок у списку найкращих тренерів в історії футболу за версією World Soccer і Football Pantheon, а також 8-му — за версією ESPN FC.
На початку 2017 року УЄФА включила його до списку десяти найбільших тренерів європейського футболу з моменту заснування організації у 1954 році.
Вдова – Аделаїда Панкратьєвна, 1940 року, юрист за освітою (закінчила Київський університет ім. Т. Г. Шевченка) – була домогосподаркою, єдина дитина – дочка Світлана, російський філолог (викладач російської мови для іноземців), закінчила Київський університет. Світлана Лобановська із чоловіком Валерієм Горбиком мають ресторан. Їхні діти Богдан та Ксенія носять прізвище діда.
15.02.2017