Валентин Зайцев родился 28 сентября 1922 года в Костроме в рабочей семье. После школы учился в Костромском текстильном техникуме, однако, окончил только два курса. Был призван в ряды Красной Армии в 1941 году и направлен на обучение в Краснодарскую военно-авиационную школу пилотов, которую окончил в 1942 году.
В боевых действиях Великой Отечественной войны участвовал с ноября 1942 года в составе 828-го штурмового Свирского авиационного полка 260-й штурмовой Свирской Краснознамённой авиационной дивизии 4-й воздушной армии Карельского фронта, в последние годы войны — на 2-м Белорусском фронте. Воевал на Кандалакшском и Мурманском направлениях, принимал участие в ряде наступательных операций, в том числе: в Петрозаводско-Свирской и Петсамо-Киркенесской операциях, освобождении городов Польши и Германии.
К апрелю 1945 года, когда Валентин Алексеевич являлся уже командиром звена 260-го полка, на его счету было 103 боевых вылета на штурм сил противника, аэродромов, портов и других стратегических объектов.
18 августа 1945 года за успешное выполнение многочисленных боевых задач и проявленный в бою с фашистской Германией героизм указом Президиума Верховного Совета СССР лейтенант Зайцев Валентин Алексеевич был удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
До 1948 года Валентин Зайцев продолжал проходить службу. После увольнения в запас остался жить в Краснодаре, где работал экспедитором на Краснодарской обувной фабрике. Умер Валентин Алексеевич в 1986 году в возрасте 63 лет.