Валентин Васильевич Бондаренко родился 16 февраля 1937 года в Харькове. Его отец, начальник цеха Харьковской меховой фабрики, в первые дни войны ушел на фронт. Вместе с матерью и старшим братом Валентин пережил немецкую оккупацию. Старшеклассником он стал заниматься в Харьковском аэроклубе. В 1954 году, после окончания школы, поступил в Ворошиловградское военно-авиационное училище, после его расформирования перевелся в Грозненское, а затем – в Армавирское училище, которое и окончил с отличием в 1957 году. Военную службу Бондаренко проходил в авиационных частях ВВС Прибалтийского военного округа.

28 апреля 1960 года сбылась заветная мечта Валентина: после тщательного отбора он был зачислен в первый отряд советских космонавтов. Из нескольких тысяч желающих отобрали всего 29 человек. Первоначально Валентин не вошел в число шести кандидатов на космический полет на корабле «Восток». Но по разным причинам несколько отобранных будущих космонавтов выбыли из строя, и к тренировкам привлекли Бондаренко.

В число испытаний входило десятисуточное пребывание в сурдобарокамере, целью которого было проверить реакцию на отсутствие внешних раздражителей. Считалось, что условия в камере приближены к условиям внутри космического аппарата. Располагалась она в НИИ-7 ВВС (ныне Институт авиационной и космической медицины). По завершении эксперимента Валентину сообщили, что он может снять прикрепленные к телу медицинские датчики. В местах прикрепления остались красные следы, которые Бондаренко протер смоченным в спирте ватным тампоном. После этого молодой человек, не глядя, швырнул ватку в сторону мусорного ведра. Но по несчастливой случайности она угодила на спираль раскаленной электроплитки и тут же вспыхнула… Поскольку камера была наполнена почти чистым кислородом, пламя быстро распространилось. На Бондаренко загорелся шерстяной тренировочный костюм.