Валентин Алексеевич Макаров родился 10 (23) августа 1908 года в приволжском городке Тетюши (ныне республика Татарстан) в семье служащего рыболовецкой артели Алексея Варфоломеевича и певицы (впоследствии Большого театра) Елизаветы Назаровны Макаровых. Дед по линии отца и отец обладали большими музыкальными способностями: свободно играли на гармони и фортепьяно. С самого детства маленький Валя принимал участие в домашних музыкальных концертах, устраиваемых Макаровыми в Тетюшах (на летних каникулах у главы семьи) и Астрахани (куда семья отца перебралась сразу после рождения композитора). После переезда в Москву в 1913 году начал учиться играть на инструменте, вначале преимущественно по слуху, а позже брал уроки фортепьяно у столичных пианистов и близкой подруги матери, преподавательницы астраханских музыкальных классов Лидии Ильиничны Кравченко. В 1927 году поступил на первый курс Первого московского музыкального техникума под руководством Болеслава Леопольдовича Яворского, который окончил в 1931 году. В эти годы у композитора проявилась особенная способность к импровизации на фортепьяно, техникой которого к этому моменту достаточно свободно овладел.

Как молодой исполнитель принимал участие в постановках агитационного коллектива «Синяя блуза».

По окончании музыкального техникума поступил на учебу в Трамвайный техникум электрических железных дорог, на базе которого создал самодеятельный оркестр народных инструментов и смешанный хор. Для оркестра и хора самостоятельно перекладывал произведения русских классиков А.С. Даргомыжского, М.П. Мусоргского, П.И. Чайковского и советских авторов А.А. Давиденко, Б.С. Шехтера, В.А. Белого. Для этих коллективов, ставших его личной музыкальной лабораторией, написал свои первые профессиональные опусы.

 В 1931–1935 годах руководил клубными хорами Москвы и Московской области.

По завершении обучения в техникуме работал в Мострамвайтресте по специальности техник по эксплуатации трамвайных путей. Служил в кинотеатре «Искра» пианистом-импровизатором. В 1935–1938 годах занимался как вольнослушатель в Московской государственной консерватории имени П.И. Чайковского на отделении композиции в классах Генриха Ильича Литинского, Игоря Владимировича Способина, Виссариона Яковлевича Шебалина.

В довоенные годы написал свои первые большие произведения: концерт для фортепиано с оркестром и поэму для скрипки и оркестра. После этого опыта, возвратившись к семейным традициям, сосредоточился на вокальной и вокально-хоровой музыке. В своем творчестве впервые обратился к редкой форме – сюите («Свадьба ткачихи» для солистов, хора, балета и народных инструментов), которая впоследствии станет его знаковым отличительным жанром.

 В 1938–1940 годах трудился музыкальным методистом при ВЦСПС. Сочинил песни «Над степными травами», «Горы Уральские», «Косынька, коса моя», цикл романсов на стихи Ивана Молчанова. В начале 1941 года стал членом Союза композиторов СССР.

С началом Великой Отечественной войны поступил в распоряжение 4-го отдела политуправления Черноморского флота. Теперь его творчество сосредоточилось на теме моря и моряков. Писал и выступал со своими песнями на боевых кораблях и в частях: «Полюбил я задумчивый город», «Голубой табакеркой», «Черноморцем молодым», «Перекуром на полубаке». Сотрудничал с поэтами Яковом Шведовым, Иваном Молчановым, Александром Жаровым. В «Песне о приморцах и черноморцах» выступил совместно с Павлом Панченко как соавтор слов. В 1943 году в сотрудничестве с близким другом композитором Юрием Слоновым создал большую форму – оперетту «Сердце моряка». Возвратился к любимому жанру – сюите «Черноморцы в боях за Родину».

За участие в ВОВ был награжден медалями «За боевые заслуги», «За оборону Кавказа», «За оборону Севастополя», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.». В марте 1945 года был демобилизован с ЧФ и возвратился в Москву, где принял руководство хором русской народной песни при МГОФ (1946–1949).

После войны работал над песнями в стиле баллады «Ноченька-ночка», «Широки поля под Сталинградом», «Родимый край». Написал сюиты «Русская гармонь», «Солнечная долина», за последнюю был удостоен звания лауреата Сталинской премии II степени. В сентябре 1950 года приступил к созданию своего центрального произведения, сюиты «Река-богатырь». Работал с поэтом Яковом Белинским, солистами Александрой Яковенко, Алексеем Королевым, Иваном Шмелевым. За сюиту «Река-богатырь» Валентин Макаров получил свою вторую Сталинскую премию II степени.

Последнее большое законченное произведение композитора – симфоническая музыка к научно-популярному фильму «Во льдах океана», премьера которого состоялась в 1953 году после смерти автора.

26 сентября 1952 года после тяжелой болезни Валентин Алексеевич скончался в возрасте 44 лет, похоронен на Новодевичьем кладбище, участок номер 3.

Находился в близком родстве с советским разведчиком времен Второй мировой войны, участником группы антинацистского движения «Красная капелла» Михаилом Варфоломеевичем Макаровым, известным под псевдонимом Карлос Аламо (дядя композитора), и Редькиным Марком Степановичем, выдающимся советским фотожурналистом, корреспондентом Фотохроники ТАСС и газеты «Фронтовая иллюстрация», военным корреспондентом в зоне боевых действий в ВОВ (двоюродный брат).

Отец – Макаров Алексей Варфоломеевич, главный бухгалтер рыбопромышленного дома в Астрахани, автор множественных изданий по вопросам рыбного промысла.

Мать – Макарова (урожденная Редькина) Елизавета Назаровна, певица (лирико-колоратурное сопрано), приглашенная солистка Большого театра Союза ССР.

Жена – Макарова Серафима Сергеевна (1913 г.р.), химик.

Дочь (от первого брака) – Макарова Таисия Валентиновна (1930 г.р.), инженер-химик.

Внук – Макаров Игорь Владимирович, молекулярный биолог, работает в Бостоне.