Urodził się w Kownie jako Voldemaras Adamkavičius, imię Valdas i nazwisko Adamkus przyjął w 1972 roku. Jego ojciec był jednym z założycieli i wykładowców szkoły lotniczej w przedwojennej Litwie. Kształcił się w kowieńskim gimnazjum Aušra, podczas wojny przyłączył się do antyniemieckiego ruchu oporu. Kolportował wtedy podziemne czasopisma, m.in. patriotyczną gazetę „Jaunime, budėk!”.

W 1944 roku wraz z rodzicami wyjechał do Niemiec, po krótkim pobycie powrócił jednak na Litwę w celu walki z sowieckim okupantem. Jeszcze w tym samym roku opuścił kraj. Ukończył litewskie gimnazjum w Niemczech, po czym studiował na wydziale nauk przyrodniczych Uniwersytetu Ludwika Maksymiliana w Monachium. Pracował w międzyczasie dla YMCA - Związku Chrześcijańskiej Młodzieży Męskiej – międzynarodowej ekumenicznej organizacji propagującej program oparty na wartościach chrześcijańskich.

W 1949 r. wyemigrował do Stanów Zjednoczonych, w 1960 r. ukończył inżynierię lądową w Illinois Institute of Technology. W USA pracował początkowo w fabryce produkującej części samochodowe, a następnie jako kreślarz w firmie inżynierskiej. Od początku lat 90. był zatrudniony w agencji federalnej Environmental Protection Agency, zajmował m.in. stanowisko zastępcy administratora i następnie do 1997 r. - administratora regionu EPA zajmującego się ochroną Wielkich Jezior Północnoamerykańskich.

Na emigracji zaangażowany był w działalność na rzecz społeczności litewskiej. W 1951 r. założył klub sportowy dla mniejszości litewskiej pod nazwą Lituanica. Był aktywnym organizatorem demonstracji i petycji przeciwko zniewoleniu Litwy, w latach 1961–1964 wchodził w skład zarządu Lithuanian-American Community, działał również w innych litewskich emigracyjnych organizacjach pozarządowych. W 1983 r. zorganizował światowe zawody sportowców litewskich. Był aktywnym członkiem Partii Republikańskiej. Od 1972 r. co kilka lat odwiedzał Litwę, przewożąc publikacje o tematyce litewskiej zakazane w ZSRR.

W 1993 r. prowadził kampanię wyborczą emigracyjnego kandydata na prezydenta Litwy Stasysa Lozoraitisa, włączył się również w kampanię umiarkowanych ugrupowań prawicowych w wyborach parlamentarnych w 1996 r. W 1997 r. został wpisany na ostatnie miejsce listy wyborczej Litewskiego Związku Centrum w wyborach do rady miejskiej w Szawlach.

W 1997 r. wystartował jako niezależny w wyborach prezydenckich. Po pierwszej turze znacząco przegrywał z Artūrasem Paulauskasem, jednak w drugiej, przeprowadzonej 4 stycznia 1998 r., pokonał kontrkandydata, uzyskując 50,4% głosów.

Opowiadał się za akcesją Litwy do NATO i Unii Europejskiej. 5 stycznia 2003 r. przegrał drugą turę kolejnych wyborów prezydenckich. Jego kontrkandydat, były premier Rolandas Paksas, uzyskał wówczas 54,7% głosów. Nowy prezydent już w 2004 r. został usunięty z urzędu w wyniku procedury impeachmentu, co skutkowało przedterminowymi wyborami. W drugiej turze z 27 czerwca 2004 r. Valdas Adamkus wynikiem 52,7% głosów pokonał Kazimierę Prunskienė. Drugą prezydencką kadencję zakończył 12 lipca 2009 r.

Otrzymał tytuły doktora honoris causa około 20 uczelni, głównie litewskich, a także m.in. polskich i amerykańskich.

Żonaty z Almą Adamkienė, którą poślubił w 1951 r. 

W roku 1999 przyznano mu Order Orła Białego, a w 2009 roku - Krzyż Wielki Orderu Odrodzenia Polski.

W tym roku wygrał walkę z rakiem.