Валентин Бондаренко загинув 23 березня 1961 від опікового шоку після пожежі в барокамері під час випробувань. Він похований на Філіпповському цвинтарі Харкова.
Разом з головою ХОДА на могилі космонавта побували члени громадської організації "Ветерани трьох космодромів" Петро Струщенко, Юрій Гагарін і Микола Шаталов, які брали участь у підготовці польотів у космос. Ветерани щороку приїжджають сюди, щоб покласти квіти і вшанувати пам'ять земляка Валентина Бондаренко. Зустрівшись з губернатором, вони відзначили, що таку увагу з боку керівництва області до відомого земляка бачать уперше.
Квіти на могилу Валентина Бондаренко також поклали учні середньої школи № 93, яку він закінчив.