Родился 1 сентября (по старому стилю) 1836 года в селе Высоком Кромского уезда Орловской губернии. Он происходил из известного священнического рода, давшего русской Церкви таких видных иерархов, как митрополит Киевский Филарет и архиепископ Казанский Антоний.

В 1860 году после окончания Духовной семинарии в Москве и Московской духовной академии (1860) Валентин Амфитеатров был рукоположен в иерея и получил свое первое назначение на приход в калужский Благовещенский храм, но прослужил там недолго: вскоре – уже в сане протоиерея – его перевели в собор города Лихвина Калужской губернии.

Он был смотрителем духовного училища в Мещевске, потом – настоятелем храма Поливановской учительской семинарии в Подмосковье, с 1874 года – настоятелем Константино-Еленинской церкви, неподалеку от Спасских ворот Кремля, а в 1892 году был назначен настоятелем Кремлевского Архангельского собора.

В 1902 году отец Валентин потерял зрение, но вынужденный затвор мало что изменил в труднической жизни пастыря:  батюшка исповедовал, диктовал письма, проповеди. Позднее были изданы книги отца Валентина «Духовные беседы, произнесенные в Московском Архангельском cоборе в 1896–1902 годах» (1909), «Воскресные Евангелия. Сборник проповедей» (1910), «Очерки из библейской истории Ветхого Завета. От Иисуса Навина до воцарения Давида» (1910) и другие. Но большинство из надиктованного батюшкой так и не увидело свет – рукописи сгорели при пожаре очаковского дома в 1970 году.

В 1908 году, 20 июля по старому стилю, отец Валентин скончался. Его похоронили на Ваганьковском кладбище. Осенью 1990 года могила протоиерея Валентина Амфитеатрова, оскверненная в 30-е годы, была восстановлена и освящена настоятелем кладбищенского храма.