Играл в областном драматическом театре (г.Тверь). На сцене этого театра им сыграны десятки ролей по пьесам русской и зарубежной классики.
В кино Валерий Гатаев начал сниматься с середины 60-х. Яркая, запомнившаяся всем роль Фрола Курганова в знаменитом телесериале «Тени исчезают в полдень» (1971) сделала молодого тверского драматического актёра знаменитостью.
В 1972 году Валерий Гатаев снялся в роли Григория Котовского в историко-революционном фильме «Последний гайдук», а в 1974 году - в роли Георгия Седова в одноименном историко-биографическом фильме.
В последствии Гатаева задействовали в кино в основном в ролях второго плана. В 1997 году он снялся вместе с Аленом Делоном, Ванессой Паради, Жан-Полем Бельмондо и Александром Яковлевым во французском боевике "Один шанс на двоих".
С 1987 по 2011 г.г. Валерий Гатаев - артист МХАТ имени М.Горького.
Ушёл из жизни вечером 24 июня 2011 года в Москве от сердечной недостаточности. Похоронен актёр на Троекуровском кладбище столицы.