Валерий Васильевич Герасимов родился 8 сентября 1955 г. в городе Казани (Татарская АССР, ныне - Республика Татарстан), в рабочей семье.

Поступив в 1971 г. в Казанское суворовское военное училище, окончил его  с отличием в 1973 г.

В 1977 г. с золотой медалью окончил Казанское высшее танковое командное училище им. Президиума Верховного Совета Татарской АССР (ныне - филиал Военного учебно-научного центра Сухопутных войск "Общевойсковая академия ВС РФ", ВУНЦ СВ "ОВА ВС РФ"), в 1987 г. -  с отличием Военную академию бронетанковых войск им. маршала Советского Союза Р. Я. Малиновского в Москве (в 1998 г. влилась в состав ВУНЦ СВ "ОВА ВС РФ"), в 1997 г. - Военную академию Генерального штаба Вооруженных Сил РФ.

В 1977-1984 гг. командовал взводом, ротой, далее - батальоном в 80-м танковом полку 90-й гвардейской танковой дивизии Северной группы войск, дислоцированным в Польской Народной Республике (ныне - Республика Польша).

В 1984-1987 гг. - начальник штаба батальона в Дальневосточном военном округе.

В период с 1987 по 1993 гг. - начальник штаба - заместитель командира танкового полка, далее - командир танкового полка, начальник штаба - заместитель командира 144-й гвардейской мотострелковой дивизии в Прибалтийском военном округе (Таллин, ныне - Эстония).

С 1993 г. по 1995 г. - командир 144-й дивизии гвардейской мотострелковой дивизии в Северо-Западной группе войск. В 1994 г. руководил выводом дивизии в Московский военный округ (Ельня, Смоленская обл.), где она была преобразована в 4944-ю базу хранения вооружения и техники (БХВТ).

В период с 1997 по 1998 гг. служил первым заместителем командующего 1-й гвардейской танковой армией в Московском военном округе (Смоленск).

В 1998-2003 гг. - заместитель командующего армией, начальник штаба - первый заместитель командующего армией, далее - командующий 58-й общевойсковой армией в Северо-Кавказском военном округе.

С марта 2003 г. по апрель 2005 г. - начальник штаба - первый заместитель командующего войсками Дальневосточного военного округа (Хабаровск).

В апреле 2005 г. - декабре 2006 г. - начальник Главного управления боевой подготовки и службы войск Вооруженных Сил РФ.

С декабря 2006 г. по декабрь 2007 г. - начальник штаба - первый заместитель командующего войсками Северо-Кавказского военного округа.

С 11 декабря 2007 г. по 5 февраля 2009 г. служил командующим войсками Ленинградского военного округа (штаб в Санкт-Петербурге).

Заместитель начальника Генштаба ВС РФ генерал-полковник В. В. Герасимов во главе Парада победы 9 мая 2011 года

В период с 5 февраля 2009 г. по 23 декабря 2010 г. - командующий войсками Московского военного округа. 23 декабря 2010 г. назначен заместителем начальника Генерального штаба Вооруженных Сил РФ, в этой должности служил по 26 апреля 2012 г. В 2009-2012 гг. командовал парадами в честь Дня Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. на Красной площади в Москве.

С 26 апреля 2012 г. по 9 ноября 2012 г. - командующий войсками Центрального военного округа.

С 9 ноября 2012 г. по н. в. - начальник Генерального штаба Вооруженных Сил РФ - первый заместитель министра обороны РФ. Сменил на этом посту генерала армии Николая Макарова.

В ноябре 2012 г. вошел в состав Совета безопасности РФ.

В 2014 г. в с связи с событиями на Украине включен в санкционные списки США (17 марта), ЕС (21 марта), Швейцарии (2 апреля) и Австралии (19 июня).

Генерал армии (с 20 февраля в 2013 г.).

Награжден орденами "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени (2014), "За военные заслуги", "За заслуги перед Отечеством" IV степени, Орденом Почета, "За службу Родине в Вооруженных силах СССР" III степени, медалями. Также награжден Орденом Дружбы народов (Белоруссия, 2010) и Орденом Армии Никарагуа (2013).

Женат, есть сын — офицер ВС РФ.