Валерий Бухтияров родился 14 октября 1961 года в городе Новосибирск. После школы до 1983 года получал высшее образование в Новосибирском государственном университете. Специализируется в области изучения элементарных химических процессов на поверхности твердых тел.

С 1983 года работает в Институте катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук, где прошел путь от стажера-исследователя до заместителя директора Института по научной работе.

В 1989 году Бухтияров успешно защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата химических наук. Позднее защитил докторскую диссертацию на тему: «От монокристаллов к наночастицам: молекулярный подход к изучению причин каталитического действия серебра в реакции эпоксидирования этилена». Впоследствии утвержден в звании профессора.

С 1995 по 2000 года являлся ученым секретарем Института катализа. С 2000 года заведовал лабораторией исследования поверхности, руководил Отделом гетерогенного катализа и кафедрой катализа и адсорбции Новосибирского государственного университета. 

Валерий Иванович в 2008 году стал членом-корреспондентом РАН. Впоследствии назначен главным ученым секретарем Сибирского отделения РАН; академиком РАН. Избирался членом Экспертного совета Берлинского источника синхротронного излучения, Совета EFCATS, а также координирует российскую часть проекта «Развитие методов исследования in situ твердых поверхностей», выполняемого совместно с Институтом Ф. Габера.

С 2015 года занимает должность директора Института катализа имени Г.К. Борескова. Автор и соавтор более 220 научных работ и 13 патентов на изобретения. Заместитель главного редактора журнала «Кинетика и катализ» и член редколлегий «Журнала структурной химии» и «Journal of Energy Chemistry».

Валерий Бухтияров является Лауреатом фонда имени М.А. Лаврентьева для молодых ученых. За серию работ «Наноструктурирование активного компонента - метод управления каталитическими свойствами нанесенных металлических катализаторов в реакциях гидрирования и окисления» удостоен премии имени А.А. Баландина.