Валентин Филатьев окончил педагогическое училище и получил диплом учителя начальных классов. Учителем работать не стал. В 1951 году поступил и в 1955 году окончил Сталинградское авиационное училище. Проходил службу в авиационных частях ПВО.
В 1960 году был отобран для подготовки к космическому полёту. 25 марта 1960 года был зачислен в первый отряд советских космонавтов. Проходил подготовку к космическому полёту на корабле «Восток». После прохождения курса подготовки, 3 апреля 1961, успешно выдержал экзамен. 16 декабря 1961 Валентин Филатьев был зачислен в космонавты.
17 апреля 1963 года отчислен из отряда космонавтов за нарушение дисциплины. Вместе с товарищами по отряду космонавтов Григорием Нелюбовым и Иваном Аникеевым, находясь в нетрезвом состоянии, оказали сопротивление военному патрулю.
После отчисления из отряда космонавтов продолжил службу в ПВО. После выхода в отставку в 1969 году работал преподавателем в профессионально-техническом училище в городе Орёл.
