Родился 30 января 1952 года в семье военного дирижера в городе Термез Узбекской ССР. В 1961 году семья переехала в Москву.

С 1963 года — воспитанник Московской военно-музыкальной школы (класс кларнета — педагог Е.М. Егоров, класс фортепиано — Т.И. Соколова).

В 1970—1975 годах обучался на военно-дирижерском факультете при Московской государственной консерватории им. П.И. Чайковского (класс профессора Г.П. Алявдина).

Первое место службы — дирижер оркестра Пушкинского высшего военного командного училища радиоэлектроники ПВО.

В 1980 году оркестр под управлением Валерия Халилова занял 1-е место на конкурсе военных оркестров Ленинградского военного округа. В 1981 году В.М. Халилов был назначен преподавателем кафедры дирижирования на военно-дирижерский факультет Московской государственной консерватории им. П.И. Чайковского. В 1984 году был переведен в управление военно-оркестровой службы ВС СССР, где служил офицером военно-оркестровой службы, старшим офицером и заместителем начальника военно-оркестровой службы.

С 2002 по 2016 годы — начальник военно-оркестровой службы Российской Федерации — Главный военный дирижер. В этой должности неоднократно выступал в качестве дирижера сводного военного оркестра, принимавшего участие в Парадах, посвященных Дню Победы на Красной площади. С мая 2015 года — член попечительского совета «Академии праздничной культуры».

В апреле 2016 года был назначен на должность начальника ансамбля-художественного руководителя Академического ансамбля песни и пляски Российской армии имени А.В. Александрова.

Валерий Халилов выступил организатором многих праздничных театрализованных мероприятий с участием духовых оркестров России и зарубежных коллективов — в том числе таких международных военно-музыкальных фестивалей, как «Кремлевская зоря» и «Спасская башня». Являлся музыкальным руководителем фестивалей «Спасская башня», «Амурские волны» (Хабаровск) и «Марш столетия» (Тамбов), а также Международного военно-музыкального фестиваля в Южно-Сахалинске. Гастролировал с ведущими оркестрами Вооруженных Сил Российской Федерации в Австрии, Швеции, США, Венгрии, Германии, КНДР, Монголии, Польше, Финляндии, Франции, Швейцарии, Бельгии.

Валерий Халилов — автор произведений для духового оркестра: «Адажио», «Элегия», маршей: «Кадет», «Молодежный», «Рында», «Улан», романсов и песен.

Погиб 25 декабря 2016 года в авиационной катастрофе в Сочи самолета Минобороны России, направлявшегося в Хмеймим (Сирия). Вместе с ним погибли 91 человек, в том числе 64 артиста возглавляемого им ансамбля имени Александрова.

Похоронен 16 января 2017 года, согласно завещанию, на Архангельском Погосте в Киржачском районе Владимирской области.

Награды:

- орден «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» III степени;
- орден Почета;
- медали СССР;
- медали РФ.

Воинские звания:

- генерал-майор (декабрь 2006 года);
- генерал-лейтенант (9 июля 2010 года).

Ученое звание: доцент.

Распоряжением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2016 года имя Валерия Халилова присвоено Московскому военно-музыкальному училищу.

Его имя будет носить Международный военно-музыкальный фестиваль «Амурские волны» в Хабаровске.

Имя Валерия Халилова будет присвоено одной из улиц города Киржач во Владимирской области.

Указом Главы Республики Тыва Ш.В. Кара-оола от 7 января 2017 года Тувинской государственной филармонии присвоено имя Валерия Михайловича Халилова.