Valerio Zanone nasce a Torino il 22 gennaio 1936, dove compie gli studi liceali al «Massimo d'Azeglio» e si laurea in Filosofia col professor Luigi Pareyson, discutendo una tesi su "L'estetica di Giordano Bruno".
Iscritto al Partito liberale italiano sin dal 1955 - gli stessi anni in cui lavorava anche come redattore presso la casa editrice Einaudi -, è stato membro del Consiglio nazionale dal 1969 e della Direzione centrale dal 1971. Nel 1963 è stato tra i fondatori del Centro di ricerca e documentazione «Luigi Einaudi» di Torino e nel contempo della rivista «Biblioteca della Libertà» pubblicata a far tempo dal 1964.
Iscritto dal 1966 all'Ordine dei giornalisti e all'Associazione stampa subalpina, inizia nel 1969 il suo rapporto col quotidiano «Il Sole 24 ore» come collaboratore a contratto.
È stato Consigliere regionale del Piemonte dal 1970 al 1976, Segretario della Commissione speciale per lo Statuto e Presidente della Commissione legislativa per la tutela dell'ambiente: sono questi gli anni in cui matura la sua esperienza in tema di attuazione dell'ordinamento regionale, pubblicando nel 1976, per la casa editrice «Il Mulino» di Bologna, uno studio a sua cura dal titolo "Potere statale e riforma regionale. Ricerca sullo stato di attuazione dell'ordinamento regionale".
Il 1 febbraio 1976 è nominato Segretario generale del Partito Liberale Italiano, confermato nel XV congresso nazionale di Napoli (1976), nel XVI di Roma (1979), nel XVII di Firenze (1981) e nel XVIII di Torino (1984); conserva la carica fino al 19 luglio 1985. Ne diventerà Presidente dal 1991 al 1993.
Deputato alla Camera dal 1976 nella VII legislatura (5 luglio 1976 - 2 aprile 1979), è stato poi riconfermato nell'VIII (20 giugno 1979 - 4 maggio 1983), nella IX (12 luglio 1983 - 28 aprile 1987), nella X (2 luglio 1987 - 2 febbraio 1992: si dimette l'8 novembre 1990) e nella XI (23 aprile 1992 - 16 gennaio 1994), assumendo di volta in volta diversi incarichi parlamentari. È stato eletto al Senato nella XV legislatura (dal 28 aprile 2006) a seguito delle elezioni politiche del 9 e 10 aprile.
Durante il I governo Craxi (4 agosto 1983 - 1 agosto 1986) è nominato Ministro senza portafoglio per l'Ecologia (con decreti del Presidente della Repubblica 31 luglio e 2 agosto 1985 (G.U.R.I. 5 agosto 1985, n. 183); in tale veste porta a compimento la legge istitutiva del Ministro dell'ambiente. Ha rivestito poi gli incarichi di Ministro dell'Industria, Commercio e Artigianato durante il II governo Craxi (1 agosto 1986 - 17 aprile 1987), dando attuazione, insieme ad altri, alla Conferenza nazionale sull'energia; e di Ministro della Difesa dal I governo Goria (28 luglio 1987 - 13 aprile 1988) al I governo De Mita (13 aprile 1988 - 22 luglio 1989), assumendo la responsabilità della missione dei marinai italiani nel Golfo Persico e predisponendo, fra l'altro, un vero e proprio programma di ammodernamento delle Forze Armate.
Già componente della IV Commissione permanente (Difesa) della Camera dei deputati, sotto la presidenza dell'on. Lelio Lagorio, ne ha poi assunto egli stesso la presidenza durante la X legislatura, dal 18 ottobre 1989 al 15 gennaio 1990.
Sindaco di Torino dal 30 luglio 1990 al 31 dicembre 1991, portò a compimento durante il suo incarico la definizione del Piano regolatore della città.
Presidente della Fondazione Luigi Einaudi per gli studi di politica ed economia di Roma, della Fondazione Filippo Burzio di Torino e Vicepresidente dell'Associazione delle istituzioni di cultura italiane; è stato inoltre Presidente della Fondazione Cortese di Napoli dal 1992 al 1994.
Muore a Roma, il 7 gennaio 2016