Валерий Иванович Беляев родился 14 октября 1931 г. в г. Пушкине в семье преподавателей. Окончил физический факультет Московского университета им. М. В. Ломоносова (1949—1954). Работал старшим научным сотрудником Института прикладной геофизики АН СССР.
С 1962 г. работал в системе Академии наук Украины.1962—1973 — Заведующий отделом и заместитель директора по научной работе Морского гидрофизического института НАН Украины (1962—1973).
В 1969 г. защитил докторскую диссертацию.1964 — Доктор физико-математических наук ,1969 — профессор, член-корреспондент НАН Украины .1973—1981 — заведующий отделом математического моделирования Института биологии южных морей им. А. А. Ковалевского,1981—1999 — заведующий отдела оптики и биофизики океана Морского гидрофизического института НАН Украины,1988 — академик НАН Украины1992—1999 — председатель Крымского отделения НАН Украины, которое впоследствии было реорганизовано в Крымский научный центр. Тогда же В. И. Беляев создал и стал директором Научного центра по проблемам моделирования в экологии и рекреационной географии НАН Украины.2000 — Лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники (2000, посмертно).
На основе оригинального подхода, основанного на лагранжевом представлении уравнений состояния в фазовом пространстве параметров, В. И. Беляев разработал эффективный метод описания геофизических явлений, обусловленных фазовыми переходами.
Он изучал океан как сложную систему, состояние которой формируется в результате взаимодействия физических, химических, биологических процессов, а также в условиях антропогенных нагрузок.Были разработаны модели физиологических процессов в тканях организмов морских животных при взаимодействии с окружающей средой, модели экосистем шельфа пелагиали Черного моря, модель его экосистемы сероводородной зоны, модель системы «город-окружающая среда» , модель эволюции Солнечной системы и др. Были созданы новые логико-информационные модели экологических и эколого-экономических систем.
На их основе были разработаны компьютерные программные системы управления развитием прибрежных морских регионов.