Родилась 22 ноября 1927 года в селе Василевка.
После окончания Великой Отечественной войны поступила в харьковский инженерно-экономический институт. Проучилась там два года, затем уехала в Москву и поступила во ВГИК.
В 1955 году Валентина Владимирова окончила институт и начала работать в труппе Театра-студии киноактёра. В это же время начала сниматься в кино, первоначально в эпизодических ролях.
Валентина Владимирова была яркой, харизматичной и нежной советской актрисой. Её замечательные образы вызывали улыбку на лицах многих зрителей, она радовала даже крошечным появлением в кадре.
Начиная с 1955-ого года, Валентина Владимирова выступала в легендарной труппе театра-студии киноактёра, и в этом же году она дебютировала в кино, сыграв еле заметную эпизодическую роль в успешной картине “Летят журавли”. Обычно, актриса играла в фильмах милых и забавных деревенских девушек, которые радуются любым мелочам, любят и ценят труд, и всегда приходят на помощь нуждающимся, то есть, в кадре она оставалась собой. Её можно увидеть в фильмах: “Три дня Виктора Чернышева”, “Женщины”, “Председатель”, “Донская повесть”, “Не забудь… станция Луговая”, “Тени исчезают в полдень”, “Угрюм-река” и во множестве других прекрасных картин.
Выйдя на пенсию, ушла из Театра-студии киноактёра и практически перестала сниматься в кино. Последние годы жизни прожила в одиночестве.
Единственным супругом Валентины Харлампиевны стал кинооператор Валерий Владимиров. Познакомились они, когда были студентами. 13 июня 1990 года супруг Валентины Владимировой погиб, ему было 67 лет.
Умерла на даче 23 марта 1994 года. Похоронена на Ваганьковском кладбище Москвы (участок № 43). Без любимого супруга актриса прожила всего 4 года.
Спасибо Валентине Владимировой за яркие, запоминающиеся роли. Помним и любим.