Валерий Сергеевич Нельский родился 2 (15) ноября 1906 года в городе Красный (ныне посёлок Красный Смоленской области).
Работал в Смоленском (1922—1926, 1938—1945), Свердловском, Челябинском, Куйбышевском и других театрах. В Смоленске первое время был суфлёром, участником массовок, эпизодов. Выступал в составе украинской труппы. Ученик И.А.Ростовцева.
С 6 июня 1941 года в театре Западного фронта, созданном на базе Смоленского театра; с 6 ноября 1941 года по 22 сентября 1944 года вместе с театром в эвакуации в Красноуральске и Муроме.
С 1945 года работал в Ярославском театре имени Волкова.
В 1947 году возглавил театральную студию при театре. Преподавал актёрское мастерство в Ярославском театральном училище. Выступал и как режиссёр. В 1960—1983 годах возглавлял Ярославское отделение Всесоюзного театрального общества.
Умер 22 марта 1990 года в Ярославле.
Народный артист СССР (1975).
Лауреат Сталинской премии 3 степени (1950).