Валентин Стефанов Димитров е роден на 13 август 1936 г в гр. Русе. Завършва II единно училище "Баба Тонка" в родния си град. През 1960 г

През 1963 г. Валентин Димитров постъпва на работа в секцията по “Физични методи” на Института по органична химия при БАН, ръководена от проф. Асен Трифонов. Още с постъпването си в ИОХ, той насочва своите интереси към метода на ЯМР спектроскопията, слабо известен по това време в страната. През 1965 г. специализира в Чехословакия. Активно работи за доставката на първия ЯМР-спектрометър в България (JEOL, 60 МХц, 1966 г.). Като електроинженер усвоява и с успех решава не само възникващите апаратурни и изчислителни проблеми, но и разработва теми, пряко свързани с приложението на метода в химията. Поддържането и развитието на ЯМР техниката в ИОХ са негова постоянна грижа, а с решаващото му експертно съдействие се доставя първият ЯМР спектрометър със свръхпроводящ магнит (Bruker WM250, 1981 г.), както и се осъществява модернизирането му през 1994 г.. Освен това поддържа и други аналитични и изчислителни апарати в ИОХ.

Научните интереси на Валентин Димитров са в областта на динамичната ЯМР спектроскопия като включват както методологични аспекти, така и практическото й приложение в органичната химия. Оригинални са разработените от него приближени уравнения за бързо и лесно определяне на скоростните константи на обмен. Предлага и методики за тяхното прецизно определяне чрез комбинирано използуване и компютърен анализ на едномерни и двумерни ЯМР спектри. Особено прецизен е предложеният от него метод на двойното напасване за определяне на термодинамичните параметри на обменния процес. Научните му идеи в използването на ЯМР релаксационните методи за изследване на молекулна подвижност също имат методологичен и приложен аспект. Валентин Димитров има голям принос за въвеждането на нови експериментални техники в лаборатория ЯМР, например, използването на селективни импулси за структурен анализ и определяне на скоростни константи.

Оригиналните научни идеи и разработки на Валентин Димитров са публикувани в реномирани международни издания, докладвани са на редица наши и международни научни форуми. Той се ползува с широко признание от българската и международната научна общност. Валентин Димитров е гостуващ учен в Университетите на Салфорд, Ексетър и Кеймбридж в Англия, както и в няколко университета в САЩ. Признание за научния му авторитет е и фактът, че дълги години той е член на редакционната колегията на международното списание Journal of Molecular Liquids, както и привличането му за рецензент от други международни списания.

Валентин Димитров е дългогодишен преподавател в Химическия Факултет на Софийския Университет “Св. Климент Охридски”, научен ръководител на дипломанти и докторанти. Той чете специализирани лекции по ЯМР спектроскопия в рамките на различни лекционни курсове за студенти, специализанти и докторанти. Канен е за гостуващ преподавател в университета “Билкент”, в гр. Анкара, Турция.

Валентин Димитров е водещ автор на учебник за студенти, докторанти и научни работници с работно заглавие “Съвременна ЯМР спектроскопия – основни принципи, методи и приложение в химията”, чието окончателно довършване, оформяне и издаване е предстоящо.