Виталий Хоценко родился 18 марта 1986 года в Днепропетровске, Украинская ССР.
Окончил социологический факультет МГУ, Сингапурский институт маркетинга по специальности «Бизнес-менеджмент» и Специализированный институт юриспруденции по специальности «Юриспруденция».
Окончил магистратуру в РАНХиГС по специальности «Государственное регулирование экономики» и аспирантуру в МГУ. На военной кафедре МГУ Виталию Хоценко было присвоено звание лейтенанта.
На старте политической карьеры Виталий Хоценко работал помощником члена Общественной палаты Российской Федерации.
С 2008 по 2010 год работал начальником отдела анализа и прогнозирования ОГТРК «Ямал-Регион».
С марта 2010 года работал в органах государственной власти Ямало-Ненецкого автономного округа. Виталий Хоценко являлся директором Департамента по науке и инновациям ЯНАО, помощником, эксперт-советником первого заместителя губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа, курировал промышленный, топливно-энергетический и природно-ресурсный блоки.
16 декабря 2013 года Хоценко был назначен министром энергетики, промышленности и связи Ставропольского края.
Выпускник четвёртого потока «школы губернаторов», финалист конкурса «Лидеры России» 2018-2019 годов.
12 сентября 2019 года занял пост директора Департамента промышленной политики и проектного управления Министерства промышленности и торговли РФ.
8 июня 2022 года Народный Совет Донецкой Народной Республики поддержал кандидатуру Виталия Хоценко на должность председателя правительства ДНР. В тот же день указом главы ДНР Дениса Пушилина Виталий Хоценко был назначен председателем правительства республики.
29 марта 2023 президент России назначил Хоценко врио главы Омской области. 23 апреля Хоценко заявил о своем выдвижении на выборах главы этого региона.
В сентябре 2023 года был избран главой Омской области.