Родился 18 марта 1986 года в Днепропетровске (ныне – Днепр, Украина).
Окончил МГУ имени М. В. Ломоносова по специальности "социология". После обучения на военной кафедре получил звание лейтенанта. Проходил переподготовку в РАНХиГС по специальности "государственное регулирование экономики". Учился также в Сингапурском институте маркетинга ("бизнес-менеджмент").
Выпускник четвертого потока "Школы губернаторов". Кандидат социологических наук.
В начале трудовой деятельности Виталий Хоценко работал помощником члена Общественной палаты РФ.
В 2008 году возглавил отдел анализа и прогнозирования ОГТРК "Ямал-регион".
С марта 2010 года – директор департамента по науке и инновациям Ямала. Затем был помощником первого заместителя губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа по промышленности, топливно-энергетическому и природно-ресурсному комплексам Владимира Владимирова.
С 2013 по 2019 год – министр энергетики, промышленности и связи Ставропольского края.
В марте 2019 года вышел в финал конкурса "Лидеры России".
В сентябре 2019 года был назначен директором департамента региональной промышленной политики и проектного управления Министерства промышленности РФ. Курировал взаимодействие с регионами.
8 июня 2022 года был назначен председателем правительства Донецкой Народной Республики (ДНР).
29 марта 2023 года Виталий Хоценко был назначен временно исполняющим обязанности губернатора Омской области.
11 сентября 2023 года Хоценко победил на выборах главы Омской области с 76,33% голосов.
Член совета Межрегиональной ассоциации экономического взаимодействия субъектов РФ "Сибирское соглашение".
Действительный государственный советник РФ 3 класса (2021).
Награжден орденом Почета (2023), медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2022).
Свободно владеет английским языком.
