Воспитанник челябинского «Трактора». В сезонах 1991/92 — 1992/93 играл за «Мечел». С 1993 года начал выступать в составе клуба OHL «Норт-Бэй Сентенниалс». В следующем году на драфте НХЛ был выбран в 3 раунде под общим 59 номером клубом «Лос-Анджелес Кингз»[1]. В своём первом же сезоне за океаном Виталий стал лучшим новичком Канадской хоккейной лиги, попав помимо этого в символическую сборную лиги и завоевав несколько других личных наград. За 149 матчей, проведённых в OHL, Ячменёв набрал 259 (128+131) очков, чем заслужил вызов в НХЛ.
В своём первом сезоне в главной североамериканской лиге выступал в составе «королей» в одном звене с Уэйном Гретцки и Дмитрием Христичем, набрав 53 (19+34) очка в 80 проведённых матчах. В Лос-Анджелесе Ячменёв выступал до 1998 года, после чего подписал контракт с новичком лиги «Нэшвиллом». В составе «хищников» Виталий продолжал выступления до 2003 года. Всего за карьеру в НХЛ Виталий набрал 216 (83+133) очков в 487 матчах. Несмотря на достаточно продолжительную карьеру в НХЛ, не сыграл в плей-офф Кубка Стэнли ни одного матча. Ячменёв является лидером по количеству матчей и набранных очков в НХЛ среди российских хоккеистов, которые никогда не играли в плей-офф.[источник не указан 256 дней]
Перед началом сезона 2003/04 вернулся в Россию, заключив соглашение с хабаровским «Амуром». В 2004 году перешёл в казанский «Ак Барс», а ещё через год — в омский «Авангард», с которым в последующие два сезона завоевал серебряные и бронзовые медали российского первенства. 16 мая 2007 года принял решение подписать однолетний контракт с московским «Динамо»[2]. По окончании сезона Виталий соглашение с клубом, после чего был назначен капитаном.[источник не указан 256 дней]