Валентин Плучек родился 22 августа (4 сентября) 1909 года в Москве, в еврейской семье. Двоюродный брат Валентина Плучека — Питер Брук — родился в Лондоне. Детство Валентина Плучека было трудным и о театре он не мечтал. Он рано потерял отца, а с отчимом, фамилию которого носил, общего языка найти не смог. Он покинул дом, связался с беспризорниками и вскоре оказался в детском доме.
У Валентина Плучека с детства отмечали способности к изобразительному искусству. Окончив школу-семилетку, Валентин поступил во ВХУТЕМАС и уже на 1-м курсе написал картину, попавшую в результате на дипломную годовую выставку изотехникума.
Кумирами Валентина Плучека были Маяковский и Мейерхольд. Вместе с другими студентами ВХУТЕМАСа он посещал диспуты поэта, с упоением читал «Левый марш».
В 1926 году Валентин Плучек поступает на актёрский факультет Государственной театральной экспериментальной мастерской под руководством В. Э. Мейерхольда. В 1929 году Плучек поступает уже на режиссёрский факультет той же мастерской, параллельно начиная работать как актёр в Театре им. Мейерхольда.
В 1932 году Валентин Плучек организовал ТРАМ электриков.
В 1939 году, после закрытия ТИМа (театр Мейрхольда), перед самой войной, совместно с А. Н. Арбузовым организовал Московскую театральную студию, где среди студийцев были: И. К. Кузнецов, В. Э. Багрицкий, А. А. Галич, Зиновий Гердт, Максим Греков. Студийцы совместно сочинили пьесу, основу которой задал Арбузов, и поставили по ней спектакль – «Город на заре». Премьера состоялась 5 февраля 1941 года. Во время войны часть студии работала в качестве прифронтового театра.
В 1957 году Валентин Плучек стал главным режиссёром МАТС. В этом же году состоялась премьера его знаменитого и скандального спектакля «А был ли Иван Иванович?» Назыма Хикмета (в главных ролях Б. М. Тенин и Анатолий Папанов). В том же 1957 году вышел его спектакль «Мистерия-буфф» Маяковского. В 1959 году он ставит «Дамоклов меч» Назыма Хикмета, спектакль становится одним из самых заметных явлений театральной Москвы. Другой свой знаменитый и тоже скандальный спектакль Плучек выпустит в 1966 — «Тёркин на том свете» А. Т. Твардовского с Анатолием Папановым в главной роли (музыка Р. К. Щедрина). Спектакль имел шумный успех.
В 1969 году состоялась премьера спектакля «Женитьба Фигаро» П. Бомарше с А. А. Мироновым в главной роли. Спектакль шёл на постоянных аншлагах до 1987 года, пока был жив исполнитель главной роли. Новое поколение зрителей знает и любит этот спектакль по телеверсии «Безумный день, или Женитьба Фигаро» .
В 1970 году Плучек выпустил спектакль «У времени в плену» А. П. Штейна с Андреем Мироновым и Т. Г. Васильевой в главных ролях. Впервые на советской сцене герой просил вернуть прошлое. Революционный сюжет спектакля оградил его от нападок партийной цензуры. В 1975 году состоялась премьера одной из самых интересных пьес М. М. Рощина «Ремонт».
В 1980 году театр показал одну из лучших последних пьес В. С. Розова «Гнездо глухаря» с Анатолием Папановым в главной роли.
В 1982 году Плучек ставит «Самоубийцу» Н. Р. Эрдмана. Пьеса, написанная много лет назад, оказалась современной и злободневной, власти быстро удаляют спектакль из репертуара театра.
В 1986 году, с началом Перестройки, режиссёр восстановил «Самоубийцу», но это будет уже другой спектакль. В 1984 году на Малой сцене он выпустил «Вишнёвый сад» А. П. Чехова, предложив абсолютно новую интерпретацию пьесы. Спектакль переосмыслял прежние постановки и делал главным персонажем пьесы Лопахина (А.Миронов), что соответствовало замыслу самого автора.
Лучшие свои роли сыграли в спектакле актёры театра: Анатолий Папанов, Георгий Менглет, Михаил Державин, Ольга Аросева.
В 80 лет Плучек поставил «Трибунал» В. Н. Войновича.
В 1991 году выпустил «Идеального мужа» О. Уайльда, в 1992 году — комедию А. Н. Островского «Горячее сердце», в 1994 — «Укрощение строптивой» Шекспира — спектакль, высоко оцененный критикой. В 1996 году состоялась премьера «Трёхгрошовой оперы» Б. Брехта, а в 1998 году — «Ревизора» Н. В. Гоголя — пьесы, с которой началась его жизнь в театре.
В 2002 году Плучек работает над комедией Карло Гольдони «Слуга двух господ».
В. Н. Плучек 17 августа 2002 года умер. Похоронен на Ваганьковском кладбище.