В. И. Коваленков родился 13 (25) марта 1887 года в деревне Межник (ныне Новгородской области). Окончил Петербургский электротехнический институт (1909) и Петербургский университет (1911). В 1909 году изобрёл телефонную проволочную трансляцию, в 1915 году предложил ламповый промежуточный усилитель двустороннего действия для этой трансляции. Организовал в ЛЭТИ факультет железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (впоследствии — ЛЭТИИСС). В 1940—1948 годы — директор Института автоматики и телемеханики АН СССР, разработал и возглавил в нём Сектор (с 1948 года — самостоятельную Лабораторию по разработке научных проблем проводной связи).
Член-корреспондент АН СССР (1939). Генерал-майор инженерно-технической службы (1943).
Основные работы относятся к теории передачи в проводных линиях связи, анализу устанавливающихся процессов в них, исследованию магнитных цепей в телефонной трансляции, теории четырёхполюсников. Работал также в области кинотехники. В 1920 году им запатентовано изобретение «Говорящий кинематограф», являющееся сочетанием магнитной записи и воспроизведения звука с кинематографом. В 1922 году получил патент на «Способ фотографической записи звуковых колебаний», в котором предложил использовать в качестве модулятора света лампу накаливания.
В. И. Коваленков умер 14 июля 1960 года в Москве.