Валентин Купцов родился 4 декабря 1937 года в деревне Миндюкино, Череповецкого района Вологодской области. Начал работать в 1955 году в колхозе, позже заведовал избой-читальней в Уломском районе Вологодской области.
С 1956 по 1958 год служил в армии. С 1958 года работал на металлургическом заводе в Череповце. Одновременно учился в Северо-Западном заочном политехническом институте, который окончил в 1966 году, получив специальность «инженер-металлург». В 1988 году окончил Ленинградскую высшую партийную школу. На Череповецком металлургическом заводе работал вальцовщиком, мастером прокатных станов, секретарём парткома цеха, заместителем секретаря парткома завода.
Член КПСС с 1966 года. С 1974 года — на партийной работе. В 1974—1979 годах — первый секретарь Череповецкого городского комитета КПСС.
С 1985 по 1989 год работал первым секретарём Вологодского обкома КПСС.
Весной 1989 года был избран народным депутатом СССР от Великоустюгского территориального избирательного округа Вологодской области.
В 1989—1990 годах — член Российского бюро ЦК КПСС.
В 1990 году был избран народным депутатом Вологодского областного Совета народных депутатов.
В марте-апреле 1990 года — председатель Вологодского областного Совета.
В апреле 1990 года был переведён на партийную работу в Москву — был секретарём ЦК КПСС и зав. отделом тяжёлой промышленности ЦК КПСС.
Участвовал в создании КП РСФСР. На Пленуме ЦК КП РСФСР 6 августа 1991 года был избран первым секретарём ЦК КП РСФСР (вместо Ивана Кузьмича Полозкова). Отказался поддержать действия руководства РСФСР против ГКЧП, после 21 августа 1991 года находился под следствием как соучастник попытки государственного переворота.
Указом от 23 августа 1991 Президент РСФСР Борис Ельцин приостановил, а указом от 6 ноября 1991 — прекратил деятельность КП РСФСР и распустил организационные структуры партии. По словам Купцова, 25 октября 1991 года он встречался с Б. Н. Ельциным и уговаривал его отменить указ о приостановлении деятельности КП РСФСР.
В 1991—1992 годах работал консультантом Международного фонда содействия приватизации и иностранным инвестициям.
После запрета в 1991 году возглавил работу по восстановлению партии, в 1992—1993 годах возглавлял Оргкомитет по созыву съезда коммунистов России. 26 мая 1992 года В. А. Купцов был восстановлен в должности Первого секретаря ЦК КП РСФСР постановлением Конституционного Суда РФ, дабы предстать ответчиком по иску группы народных депутатов РФ (во главе с О. Г. Румянцевым) о признании КПСС и КП РСФСР неконституционными. Предполагалось, что В. А. Купцов возглавит КПРФ сразу после её восстановления.
Однако на II съезде КПРФ (февраль 1993 года) А. М. Макашов обвинил Купцова в контактах с Ельциным, мягкотелости и горбачёвском оппортунизме, и Купцов уступил первое место в партийной иерархии Г. А. Зюганову.
В феврале 1993 года избран заместителем председателя, в марте 1993 года — первым заместителем председателя ЦИК КПРФ (с января 1995 года — ЦК КПРФ), занимал этот пост до июля 2004 года. Член Президиума ЦК КПРФ в 1993—2008 годах.
В 1994-95 годах — руководитель аппарата фракции КПРФ в Государственной Думе РФ I созыва. 17 декабря 1995 года был избран депутатом Государственной Думы второго созыва, входил в комитет по туризму и спорту. 19 декабря 1999 года был избран депутатом Государственной Думы третьего созыва, являлся членом комитета ГД по международным делам.
В 2003 году избран депутатом Государственной Думы четвёртого созыва, в которой стал заместителем председателя Государственной Думы.
В 2007 году избран депутатом Государственной Думы пятого созыва, работал председателем Комитета по делам национальностей.
В 2002—2003 году в прессе широко дискутировался вопрос о конфликте Купцова с Геннадием Зюгановым из-за распределения полномочий в партийной иерархии. В июне 2004 года Купцов заявил о сложении полномочий первого заместителя Председателя ЦК КПРФ на ближайшем съезде, что было воспринято как намёк Зюганову на аналогичные действия. Однако В. А. Купцов в итоге остался на стороне Зюганова в конфликте, разгоревшемся внутри КПРФ в июле 2004 года.
По одной из версий, не вошёл в 2008 году в следующий состав Президиума ЦК КПРФ из-за поддержки Фёдорова и его помощника Семена Борзенко во время так называемого «Ленинградского дела», однако сам Купцов заявлял о том, что отходит от руководства партией для передачи дел новому поколению коммунистов.
Награждён орденом Ленина, двумя орденами Трудового Красного Знамени, орденом «Знак Почёта», медалью «За трудовую доблесть», памятной медалью КНР.
Жена (с 1960 года) Людмила Алексеевна — инженер-металлург, пенсионерка. Дочь Наталья — преподаватель, вторая дочь Ирина — студентка Санкт-Петербургского университета. Имеет внуков.
В 24 апреля 2010 года в ряде российских Интернет-изданий появилась информация о гибели Валентина Александровича Купцова на охоте, которая была исправлена только к концу следующего дня.