Валентин Никулин родился в семье драматурга Юрия Вениаминовича Никулина (1907—1958) и пианистки Евгении Наумовны Брук (1909—1982); племянник писателя Льва Никулина, внук антрепренёра Вениамина Никулина. Родители расстались, когда будущему актёру было 5 лет.
Окончил юридический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова (1957), затем — Школу-студию им. В. И. Немировича-Данченко при МХАТ (1960). С 1960 года — актёр театра «Современник».
В этом театре он сыграл множество характерных ролей в спектаклях по произведениям классики и современных авторов. Основатель театра «Современник» Олег Ефремов называл В. Никулина одним из самых талантливых мастеров. В 1991 году Валентин Никулин репатриировался в Израиль, прожил там 7 лет, играл в театре «Габима», в 1998 году вернулся в Россию.
Был популярным киноактёром, признанным мастером художественного чтения, выступал как певец и мелодекламатор. В последние годы жизни выступал на различных сценах в музыкальном моноспектакле по стихам русских поэтов «Друзей моих прекрасные черты» (существует телеверсия спектакля).
Валентин Никулин скончался 6 августа 2005 года после тяжёлой продолжительной болезни и был похоронен на Донском кладбище. В июле 2007 года на могиле установлен памятник
