Родился 27 ноября 1928 г. в Харькове в семье известного врача акушера-гинеколога, профессора И.И. Грищенко. Трудовую деятельность начал в 1943 г. киномехаником в евакошпитали. После окончания с отличием лечебного факультета Харьковского медицинского института в 1951 г. Валентин Иванович был принят в клиническую ординатуру отдела акушерства и гинекологии Харьковского научно-исследовательского института охраны материнства и детства им. Н.К. Крупской. С 1954 г. он младший, а с 1956 г. – старший научный сотрудник этого института. От 1956 В.И. Грищенко работает на педагогической работе. В течение 18 лет (с 1965 г.) он был проректором по научной работе Харьковского медицинского института. С 1968 г. В.И. Грищенко заведующий кафедрой акушерства и гинекологии этого института (ныне Харьковский национальный медицинский университет). 1983 года его назначили директором Института проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины. В 1954 г. Валентин Иванович защитил кандидатскую, а в 1964 г. – докторскую диссертации. В 1979 г. он избран членом-корреспондентом, а в 1988 г. – академиком Академии наук Украины (в то время УССР).

Начальным этапом научно-исследовательской деятельности В.И. Грищенко было изучение сократительной функции матки во время родов. Он исследовал активность МАО, обмен ряда гормонов, серотонина, кининоген-кининовой системы во время нормальных родов и в условиях нарушения родовой деятельности. Впервые исследована роль эпифиза в физиологии и патологии организма женщины.

В течение последних трех десятилетий ученый разрабатывает проблемы репродукции человека. Он первым в Украине для лечения бесплодия начал применять вспомогательные репродуктивные технологии: метод искусственной инсеминации спермой мужа и донора, метод экстракорпорального оплодотворения и др. В.И. Грищенко разработал новые противозачаточные средства, методы прерывания беременности, лечение эндокринного бесплодия лазерным излучением, кранио-церебральной гипотермией, реинфузия аутокрови больных, подверженной действию ультрафиолетового излучения. Он создал выездные реанимационные бригады, которые помогли снизить материнскую смертность.

В.И. Грищенко инициатор освоения и внедрения в Украине метода оплодотворения яйцеклетки человека вне организма, один из авторов метода сверхбыстрого замораживания спермы и эмбрионов. Этот метод запатентован во многих странах мира. Благодаря проведенным исследованиям под руководством ученого впервые в нашей стране 1991 родилась девочка, зачатие которой состоялось in vitro.

Важное место занимают исследования Валентина Ивановича по изучению криочутливости и криозащиты эмбриональных, гемопоэтических и плодовых клеток человека, что позволило организовать в Украине службу экстракорпорального оплодотворения, которая способствует улучшению демографической ситуации в стране.

Широко проведенные под его руководством многогранные фундаментальные исследования влияния низких температур на организм, органы, ткани, клетки и субклеточные структуры; исследование характера действия различных криопротекторов, скоростей охлаждения, процессов кристаллизации в заморозкам объектах.