Регалии: Заслуженный мастер спорта; олимпийский чемпион (1964) в прыжках в высоту; серебряный призер Олимпийских игр (1960); чемпион Европы (1962); 3-кратный чемпион СССР (1961, 1962, 1963); 6-кратный рекордсмен мира (1961-1963).
Родился 14 апреля (некоторые источники ошибочно указывают 14 мая) 1942 года в селе Разведки Тындинского района Амурской области (Россия).
В 1954 году семья переехала в Ворошиловград, здесь юный Валерий и начал заниматься легкой атлетикой. Потом переехал в Харьков, где поступил в институт физкультуры, а в 1959 году начал тренироваться во Львове.
На зимнем первенстве СССР-1960 на Брумеля обратил внимание тренер сборной Владимир Дьячков. В том же году отправился на Олимпиаду-1960 в Рим, где стал серебряным призером, уступив только соотечественнику Роберту Шавлакадзе.
За время выступлений шесть раз переписывал мировые рекорды, трижды признавался лучшим спортсменом мира (1961, 1962, 1963).
После победы на Олимпиаде-1964 в Токио (выиграл с результатом 218 см, хотя к тому времени установил рекорд - 227 см) попал в аварию (5 октября 1965 года), в которой получил серьезную травму стопы.
Существовала угроза ампутации, но врачи сумели по кусочкам собрать раздробленную кость. Перенес в общей сложности 32 операции. Восстановиться так и не сумел, хотя предпринимал попытки вернуться на прежний уровень. Максимальная высота, которую Брумелю удалось преодолеть в 1970 году, - 2 метра 09 см.
В 1972 году стал «невыездным». При досмотре в аэропорту Шереметьево, когда Брумель собирался вылететь в Мюнхен (его пригласили в качестве почетного гостя Олимпиады-1972), у него обнаружили иностранную валюту. Скандал удалось замять, но за границу выдающегося спортсмена больше не выпускали.
Скончался 26 января 2003 года в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.