Виталина Бацарашкина родилась 1 октября 1996 года в Омске. В раннем возрасте ходила на охоту вместе со своим дедом, в 10 лет научилась стрелять из ружья, но в итоге в своей дальнейшей профессиональной карьере предпочла пистолет. Профессионально занимается стрельбой с 12 лет под руководством Н. И. Кудриной.
На международных соревнованиях Виталина Бацарашкина выступает в дисциплинах стрельба из пневматического пистолета на 10 м и стрельба из пистолета на 25 м. Первого крупного международного успеха Виталина Бацарашкина добилась на чемпионате Европы среди юниоров в Москве 2014 года, где она заняла третье место в стрельбе из пневматического пистолета на 10 м, набрав в финале 179,2 очка.
Нынешняя Олимпиада в Токио – вторая для Бацарашкиной. 7 августа 2016 года на Играх в Рио-де-Жанейро она неожиданно выиграла квалификацию, выбив 390 из 400 очков, ближайшие преследовательницы отстали на 3 очка. В финале Виталина сумела отыграть в предпоследней серии очко у гречанки Анны Коракаки и обеспечить себе серебро.
Интересно, что до Игр-2916 Бацарашкина ни разу не попадала в 10-ку на этапах Кубка мира и занимала 72-ю позицию в мировом рейтинге в этой дисциплине.
В 2018 году Виталина в паре с Артёмом Черноусовым выиграла золотую медаль чемпионата мира в смешанных командных соревнованиях.
На Играх-2020 в Токио Виталина завоевала золото в стрельбе из пневматического пистолета с 10 метров. Бацарашкина установила олимпийский рекорд в финале – 240,3 очка.