Виталий Хмельницкий родился 12 июля 1943 года в селе Тимошовка Запорожской области. Начинал профессиональную карьеру в Ждановской "Азовстали" в 1962 году. В этом же году перебрался в донецкий "Шахтер". В течение двух сезонов за "горняков" Хмельницкий сыграл 73 матча, в которых забил восемь мячей.
Читайте также: Легендарный чемпион мира по футболу и один из лучших вратарей Гордон Бэнкс умер в Англии
В 1964 году украинский форвард стал игроком киевского "Динамо". За столичный клуб Хмельницкий провел 217 матчей, в которых 54 раза огорчал вратарей соперника. За это время он четыре раза становился чемпионом СССР и дважды – обладателем Кубка СССР.
За сборную СССР в 1965-1971 годах сыграл 20 матчей, забил 7 голов. Участник чемпионата мира 1970.
До последнего времени Виталий Григорьевич работал в футбольной школе киевского "Динамо", детским тренером, а также в отделе селекции.