Будущий писатель учился в Пятой Одесской гимназии. Первые пробы пера Катаев начал делать с девяти лет, а уже в 1910 году в газете «Одесский вестник» было опубликовано его первое стихотворение под названием «Осень». В 1912 году в том же издании были напечатаны первые юмористические рассказы Валентина Петровича.
В 1915 году Валентин Петрович вступил добровольцем в действующую армию. На фронте Катаев продолжал активно заниматься литературным творчеством, публиковал рассказы и очерки о жизни на фронте.
В 1922 году писатель переехал в Москву, где работал в газете «Гудок». В 1932 году вышел в свет производственный роман Катаева «Время, вперед!», который впоследствии был экранизирован российским кинорежиссером Михаилом Швейцером. А в 1936 году была издана знаменитая повесть Катаева «Белеет парус одинокий». В 1940 году Валентин Петрович создал для детей такие известные сказки, как «Цветик-семицветик» и «Дудочка и кувшинчик».
В 1955 году Катаев стал основателем и первым главным редактором российского литературно-художественного иллюстрированного журнала для молодежи «Юность». Валентин Петрович проработал в этой должности более пяти лет — до 1961 года. За это время писатель много раз подвергался критике, поскольку публиковал в «Юности» принципиально новую литературу, отличавшуюся по стилистике от устоявшихся стереотипов того времени.
Валентин Петрович Катаев ушел из жизни 12 апреля 1986 года.