После окончания Батайского военного авиационного училища Виктор Васильевич Горбатко проходил службу в качестве летчика, затем старшего летчика одного из гвардейских истребительных полков 48-й воздушной армии в Одесском военном округе.

В 1960 г. приказом Главкома ВВС В. В. Горбатко был зачислен в ЦПК слушателем-космонавтом в отряд первого набора. Окончив курс ОКП и успешно сдав выпускные экзамены, В. В. Горбатко приступил к специальной подготовке на различных космических объектах. Виктор Васильевич освоил КК серии «Восход»: он готовился к работе вторым пилотом на корабле «Восход-3» по реализации военной программы. По программе «Стыковка» готовился к полету в качестве инженера-исследователя на КК нового поколения «Союз». Неоднократно осуществлял наземное сопровождение научно-исследовательских программ во время пилотируемых полетов. В рамках подготовки летал на самолетах Як-18, Як-11, УТИ МиГ-15бис, Л-39, МиГ-17, Ил-14 и вертолетах Ми-6, Ми-8.

В этот же период без отрыва от службы успешно окончил ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского в группе первых космонавтов Гагаринского набора.

Первый полет в космос В. В. Горбатко совершил в октябре 1969 г. инженером- исследователем КК «Союз-7 вместе с А. В. Филипченко и В. Н. Волковым. Продолжительность полета составила 4 суток 22 часа 40 минут 23 секунды.

Второй полет с 7 по 25 февраля 1977 г. В. В. Горбатко осуществил в качестве командира КК «Союз-24» и основной экспедиции на станцию «Салют-5» вместе с Ю. Н. Глазковым. Продолжительность полета составила 17 суток 17 часов 25 минут 58 секунд.

Третий полет Виктор Васильевич совершил командиром КК «Союз-37» по программе советско-вьетнамской экспедиции посещения долговременной орбитальной станции «Салют-6» вместе с Фам Туаном. Посадка была осуществлена на КК «Союз-36». Продолжительность полета составила 7 суток 20 часов 41 минуту 59 секунд.

После завершения космической карьеры генерал-майор авиации В. В. Горбатко продолжил службу в должности первого заместителя председателя Спортивного комитета МО по международным спортивным связям и председателя бюро Спорткомитета дружественных армий (1982—1987).

В декабре 1987 г. Виктор Васильевич Горбатко назначен начальником заочного факультета ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского. Из Вооруженных Сил он был уволен по выслуге лет в августе 1992 г. с объявлением благодарности и вручением Благодарственной грамоты.

Является автором более 40 печатных трудов, среди которых научные и автобиографические публикации.

В. В. Горбатко вел большую общественную работу. Он был президентом общественного фонда поддержки российской космонавтики, президентом Международного фонда защиты человеческого достоинства и безопасности, заместителем председателя Комитета ветеранов войны России и СНГ.

За выдающиеся заслуги перед Отечеством В. В. Горбатко отмечен Национальным комитетом общественных наград орденом Петра Великого.

Награжден 3 орденами Ленина, орденом Красной Звезды, 16 медалями, а также более чем 20 наградами иностранных государств, среди которых высшие награды Монголии и Вьетнама.

На родине героя установлен памятный бронзовый бюст.