Валерий Гришко родился 12 ноября 1951 года в городе Донецк, Донецкая Народная Республика. Через два года после рождения вместе с семьей переехал в Санкт-Петербург. В 1972 году окончил Санкт-Петербургский государственный институт культуры по специальности «Режиссер народного театра». В том же году призван в армию, где руководил Народным театром Советской Армии при Кандалакшском гарнизонном Доме офицеров. После демобилизации учился в Российском государственном институте сценических искусств.
В 1979 году Гришко стал режиссером Курского драматического театра имени А. С. Пушкина. В 1981 году занял должность главного режиссера театра. В 1984 году набрал актерский курс в Российском государственном институте сценических искусств вместе с известной актрисой Ларисой Малеванной. В 1985 году приглашен Рубеном Агамирзяном на двух годичную стажировку в Академический драматический театр имени В.Ф. Комиссаржевской, а по окончании в 1987 году принят в штат театра в качестве режиссера-постановщика.
В 1991 году Валерий Гришко начал сотрудничать с театром в Гамбурге Ernst Deutsch Theater, с 1999 по 2000 год занимал должность главного режиссера. Также работал по контрактам в театрах в Краснодаре, Саратове, Вильнюсе. В Новосибирском драматическом театре «Красный факел» поставил «Амадеус» Питера Шеффера и «Дорогая Памела» Джона Патрика.
В кино Валерий Викторович снимается с 2003 года. Дебютировал с небольших ролей в сериалах «Улицы разбитых фонарей-5» и «Любовь императора». Первую главную роль исполнил в сериале «Дело чести», где сыграл Асхабова, который проходит путь от милицейского опера до генерала и члена государственной Думы.
С 2009 года Гришко является главным режиссером Самарского академического театра драмы имени М. Горького. Поставил в этом театре спектакли: «Амадеус» Питера Шеффера, «Безумный день, или Женитьба Фигаро» Бомарше, «Детектор лжи» Сигарева.
В 2011 году Валерий Гришко сыграл одну из главных ролей в популярной ленте «Петр Первый. Завещание». Затем воплотил образ патриарха Никона в исторической драме «Раскол». Огромный резонанс, сопряженный со скандалом, вызвала работа в ленте «Левиафан» режиссера Андрея Звягинцева. Актер сыграл роль священнослужителя. Картина получила признание на Западе и критику в России. Фильм удостоен награды «Золотой глобус» и приза Каннского фестиваля за лучший сценарий, вошла в шорт-лист как номинант на премию «Оскар». В России же фильм критиковался за его якобы антиклерикальную направленность, а также за то, что в нем российская действительность показана слишком уж мрачно.
Среди заметных работ актера - роль Сергея Павловича Королева в ленте режиссера Юрия Кары «Главный». Фильм представляет из себя биографическую драму о развитии космонавтики в России на основе фактов из жизни и деятельности знаменитого конструктора.
В 2016 году Валерий Викторович сыграл одну из ключевых ролей в картине «Ледокол», снятой на основе реальной истории 1980-х годов. Его герой - Артур Манугаров, руководитель спасательной экспедиции. Прообразом для его персонажа стал знаменитый российский полярник Артур Николаевич Чилингаров, который принимал участие в тех событиях.
В 2017 году Гришко снялся в историческом фильме о первом выходе в открытый космос «Время первых», где сыграл Леонида Брежнева. В том же году появился в сериалах «Знахарь», «Канцелярская крыса», «Крылья Империи» и «Личность не установлена». В 2018 году принял участие в съемках сериала «Посольства».