В ряде источников указывается место рождения — село Разведки Тыгдинского района Амурской области. Отец Николай Брумель возглавлял геологические партии. Возможно, Людмила Колкунова родила ребёнка в каком-нибудь стационарном лагере геологической разведки. Когда Валерию было два года, семья уже проживала в селе Толбузино́[8].
В 1944 году в Толбузино родился брат Валерия Брумеля Олег (1944—2005), а в 1952 году в Ростове-на-Дону — брат Игорь[9].
В 1954 году семья переехала в город Ворошиловград (ныне Луганск)Украинской ССР. Здесь Брумель начал всерьёз заниматься спортом. Школьный учитель физкультуры Григорий Головин в летнем лагере предложил Валерию поучаствовать в соревнованиях по прыжкам в высоту, а увидев результат, позвал в секцию лёгкой атлетики. В 1956 стал чемпионом города Ворошиловграда по прыжкам в высоту с результатом 1 м 60 см. В 1957 на Первенстве Украины среди школьников в Одессе стал серебряным призёром с результатом 1 м 75 см.
1959 — Взял высоту 200 см (12.04.59). Мастер спорта (201 см).
В 1959 поступил в Институт физкультуры в Харькове, но вскоре ушёл из-за отсутствия условий для тренировок. Во время учёбы в Харькове тренировался у Игоря Фёдоровича Степанова. В 1959 переехал во Львов. Работал на жиркомбинате и тренировался под руководством Дмитрия Ивановича Оббариуса. В 1960 году был приглашён в Москву на зимнее Первенство СССР. Главными соперниками были Игорь Кашкаров и Роберт Шавлакадзе.
1961 — 29 января. Ленинград. Всесоюзные студенческие соревнования. Улучшил мировой рекорд американца Джона Кёртиса Томаса для закрытых помещений сразу на 5,5 сантиметра − 2 м 25 см. Этот результат также превышает на три сантиметра мировой рекорд для открытых стадионов 2 м 22 см. Присвоено звание Заслуженный мастер спорта СССР.
1961 — Февраль. США. Трижды встречался с Джоном Томасом и начисто переиграл его в трёх поединках. Нью-Йорк. «Мэдисон-сквер-гарден», показав 2 м 18,4 см, стал первым в истории легкоатлетом-иностранцем, завоевавшим титул чемпиона США.
1961 — 14 июля. Кубок Москвы. Мировой рекорд 2 м 23 см
1961 — 18 июля. Лужники. Легкоатлетический матч СССР — США. Покорил высоту 2 м 24 см, Джон Томас взял высоту 2 м 19 см. Брумель посвятил свою победу предстоящему XXII съезду КПСС, проходившему с 17 по 31 октября 1961 года — самому длительному из послевоенных съездов партии.
1962 — Двукратный чемпион СССР. Чемпион Европы с результатом 2 м 18 см. Пало-Альто, Калифорния, США. Легкоатлетический матч СССР — США. Победил с мировым рекордом 2 м 26 см. Ему были присуждёны высшие награды мирового спорта — «приз Хелмса» и «Золотая каравелла Колумба».
1962 — 29 сентября, Москва. Новый мировой рекорд — 2 м 27 см.
1963 — 21 июля. Москва. Лужники. Матч СССР — США. Присутствовал Хрущёв. Брумель выиграл у Джона Томаса с мировым рекордом 2 м 28 см[10], который продержался 8 лет.
1965 — Первая жена, Светлана Лазарева, родила сына.
1965 — 5 октября попал в автоаварию: однокурсница Тамара Голикова из Московского института физкультуры подвозила Брумеля до его дома на мотоцикле «Ява». Около 8 часов вечера на одном из поворотов на набережной Яузы при въезде в тоннель колёса проскользнули в луже, мотоцикл потерял опору, и Брумель вылетел с сиденья и правой ногой ударился в железобетонный столб[11]. На попутном «Запорожце» доставлен в больницу при НИИ им. Н. В. Склифосовского, где Иван Иванович Кучеренко собрал по кусочкам висевшую на одних сухожилиях раздроблённую правую ступню Валерия; целый год врачи боролись с угрозой ампутации ноги; за три года перенёс 25 малых и 7 крупных операций, но оставался на костылях. Ушла жена Светлана, оставив сына.
1967 — Несмотря на болезнь, окончил Центральный институт физической культуры.
1968 — В клинике Г. А. Илизарова в городе Кургане за 5 месяцев прошёл реабилитацию и снова начал тренироваться. Через два месяца, взял высоту 205 см. В том же году принял участие в торжественном открытии первых областных сельских олимпийских игр «Золотой колос» в селе КетовоКурганской области.
1969 — Порвал коленную связку на левой толчковой ноге и снова лечился у Гавриила Абрамовича Илизарова, быстро восстановился.
1970 — Преодолел высоту 209 см, порвал ахиллово сухожилие, получил инвалидность второй группы.
1972 — На киностудии «Мосфильм» был снят фильм «Право на прыжок» по сценарию Брумеля и Лапшина
1972 — Мюнхен. XX летние Олимпийские игры. Валерий Брумель был приглашён в качестве гостя. В Шереметьево самолёт с В. Брумелем на борту был остановлен у взлётной полосы, он был снят с рейса. При обыске была обнаружена иностранная валюта. Скандал удалось замять, но путь за границу ему был закрыт.
1974 — В апреле тесть Брумеля — Владимир Петушков, генерал-лейтенант, заместитель министра внутренних дел СССР, умер в результате неудачной операции[12].
1974 — 29 мая родилась дочь, Влада Петушкова. Воспитывалась без участия отца[12].
1989 — Покинул ряды КПСС. Принял обряд крещения по православному канону.
1992 — Женился. Жена Светлана, психиатр по профессии, родила сына Виктора.
Некоммерческая организация Фонд «Высота Валерия Брумеля», Зарегистрирован 21 августа 2003 года, ликвидирован 21 сентября 2016 года.
В июле 2012 года Аэрофлот назвал именем В. Брумеля один из новых самолётов Airbus A330-343 (серийный номер 1328, государственный и регистрационный опознавательный знак VQ-BPJ).
8 сентября 2018 года стадион «Центральный» в городе Кургане получил имя В. Н. Брумеля.
В 1971 году Валерий Брумель написал книгу «Высота». В 1979 году в журнале «Молодая гвардия» вышел роман В. Брумеля «Не измени себе» (в соавторстве с А. Лапшиным). Затем этот роман был издан отдельной книгой, переведённой в дальнейшем на семь языков. С 1974 года В. Брумель работал с соавторами как драматург. Им написаны пьесы «Доктор Назаров» (посвящённая доктору Илизарову), «Олимпийская комедия», «Рёв трибун», «Не измени себе». Они с успехом шли на сценах Свердловского, Курганского, Таллиннского и других театров. К оперетте «Золотая каравелла» музыку написал Рауф Гаджиев[18].
Брумель В. Н. Высота / Литзапись А. Лапшина. — М.: Молодая гвардия, 1971. — 159 с. — (Спорт и личность). — 100 000 экз.[19]
Брумель В. Н. Высота / Литзапись А. Лапшина. — Изд. 2-е. — М.: Молодая гвардия, 1972. — 159 с. — (Спорт и личность). — 50 000 экз.[20]
Брумель В. Н., Шпитальный Ю.П. Доктор Назаров: Пьеса в 2-х актах / Отв. ред. А. Соколов. — М.: Бюро распространения драм. произведений и информ.-рекл. матреиалов ВААП, 1978. — 49 с. — 150 экз.[21]
Брумель В. Н., Шпитальный Ю.П. Рёв трибун: Пьеса в 2-х актах / Отв. ред. В. Малашенко. — М.: Бюро распространения драм. произведений и информ.-рекл. матреиалов ВААП, 1978. — 61 с. — 200 экз.[22]
Брумель В. Н., Лапшин А. А. Не измени себе: Роман. — М.: Мол. гвардия, 1980. — 302 с. — 100 000 экз.[23]
Брумель В. Н., Лапшин А. А. Не измени себе: Пьеса в 3-х ч. по мотивам одноим. повести / Отв. ред. И. Шагин. — М.: ВААП Информ, 1982. — 88 с. — 100 экз.[24]
Брумель В. Н., Лапшин А. А. Не измени себе: Роман. — 2-е изд.. — М.: Профиздат, 1987. — 300 с. — 100 000 экз.[25]
Брумель В. Н., Лапшин А. А. Не измени себе: Роман / Худож. В.Г. Гузь. — 3-е изд.. — Л.: Лениздат, 1989. — 280 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-289-00765-2.[26]
Первая жена, с 1963 года, Светлана Лазарева, занималась художественной гимнастикой. Брак распался после травмы Брумеля, в 1968 году её лишили родительских прав[30]. Сын Александр (род. 1965).
Вторая жена, с 1973 года, Елена Петушкова (17 ноября 1940 — 8 января 2007), спортсменка-конник, чемпионка и двукратный серебряный призёр Олимпийских игр, кандидат биологических наук. Вскоре брак распался. Дочь Влада (род. 29 мая 1974).
Третья жена, с 1992 года, Светлана Григорьевна Белоусова, психиатр. Сын Виктор (род. 8 октября 1992). Окончил Московский государственный университет, имеет два образования — экономическое и спортивная журналистика. Работает на телевидении «Останкино»; прыгал с шестом, Мастер спорта России[31].