Валерий Верхоланцев родился 6 января 1916 года в деревне Устиново (ныне — Пермского края) в рабочей семье. В 1936 году окончил педагогический техникум, после чего работал инструктором по физической культуре на заводе в городе Невьянске Свердловской области. В 1939 году Верхоланцев был призван на службу в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. В 1940 году он окончил военную авиационную школу пилотов. В 1941 году Верхоланцев вступил в ВКП(б). С июня того же года — на фронтах Великой Отечественной войны. Принимал участие в Сталинградской и Курской битвах, боях под Старой Руссой и Берлином.