Родился 11 апреля 1954 года в Москве. Род Гаркалиновых (по отцу) имеет караимские корни. Родители Валерия Гаркалинова никогда не были связаны с искусством: отец заведовал гаражной мастерской, мать продавала чеки в театральной кассе. После окончания средней школы, по настоянию отца, работал слесарем на заводе. Отслужив в армии, поступил в Гнесинское училище.
В 1978 году окончил Музыкальное училище им. Гнесиных (факультет кукольного искусства, руководители Л. А. Хаит и С. В. Образцов).
По окончании учёбы выпускники курса создали театр на колесах «Люди и куклы», приписанный к Кемеровской филармонии (руководитель Л. А. Хаит), — театр был необычайно популярен в годы застоя, объездил всю страну.
После ухода из театра «Люди и куклы», в котором проработал шесть лет, некоторое время служил в Центральном театре кукол у С. В. Образцова.
В 1988 году окончил факультет эстрады и массовых представлений ГИТИСа (курс Вячеслава Шалевича). На сцене с успехом играл в различных жанрах — в классике, мюзикле, авангардных постановках. Критиками и зрителями была признана блистательной сыгранная им роль Петруччо в комедии Вильяма Шекспира «Укрощение строптивой». Одновременно играл на сцене театра-студии «Человек».
Характерный комедийный актёр. Звёздным часом в кинематографе стала комедия «Ширли-мырли» (1995), где Гаркалинов сыграл сразу трёх братьев-близнецов Шниперсонов-Кроликовых-Алмазовых (плюс негра-стюарда Патрика Кроликоу).
Актером Театра сатиры был до 2001 года, затем выступал в антрепризных постановках: «Трактирщица» Независимый театральный проект, «Чонкин», «Бумеранг» Продюсерская компания Анатолия Воропаева, «Стриптиз» Театр-студия «Человек».
C 2002 — руководитель мастерской Факультета эстрады РАТИ. С 2007 года — актер Московского Театра им. А. С. Пушкина. Профессор ГИТИСа. Имеет дочь Нику, которая занимается театральным продюсированием .
7 июня 2008 года Гаркалин, находясь на гастролях в Клайпеде, перенёс тяжелейший инфаркт. После этого он долго приходил в себя, даже смог выйти на сцену осенью, но в ноябре 2009 года его вновь сразил инфаркт. В завершение всего 15 февраля 2009 года у актёра умерла жена Екатерина Гаркалина.