Валентина Леонтьева родилась 1 августа 1923 года в Петрограде. Родители — коренные петербуржцы, отец по национальности был шведом. С детства занималась в театральном кружке при Театре юного зрителя.
Вместе с родителями в ленинградскую блокаду оставалась в осаждённом городе. В возрасте 18 лет пошла в сандружинницы, чтобы помогать раненым и больным горожанам. В блокадные дни умер её отец. В 1942 году с матерью и сестрой Валентина уехала из Ленинграда в эвакуацию - в п. Новосёлки Мелекесского района Ульяновской области.
В 1944 году поступила в Московский химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева, но учиться не стала, работала в поликлинике. В 1948 году окончила Оперно-драматическую студию им. К. С. Станиславского. Два сезона служила в Тамбовском драматическом театре.
На телевидение в 1954 году Леонтьева отправилась, увидев объявление о наборе дикторов. Она имела плохое представление об этой профессии, но решила рискнуть, потому что надо было как-то зарабатывать на жизнь. Её отчаянная импровизация на прослушивании впечатлила комиссию, и начинающую телеведущую взяли на стажировку помощником режиссёра.
Первый эфир Леонтьевой прошёл не очень удачно – она переволновалась и, читая объявление, сильно запиналась. Руководство уже было собиралось уволить неопытную ведущую, но диктор радио Ольга Высоцкая её отстояла. Вскоре молодого интеллигентного диктора знала уже вся страна.
За годы своей долголетней работы на телевидении Валентина Леонтьева вела «Голубые огоньки», праздничные трансляции, передачу «Из ложи театра» (вместе с И. Кирилловым), а также многие другие популярные в то время телевизионные программы. Была телеведущей детских программ «В гостях у сказки», «Спокойной ночи, малыши!», «Будильник», «Умелые руки», на которых выросло не одно поколение советских людей. Миллионы детей ждали их. А сама В. Леонтьева заслужила почётный титул — тётя Валя.
Примечательна также её единственная роль в мультипликации — её голосом говорит мама Малыша в первом мультфильме о Карлсоне (1968). В 1980 году выступила в роли комментатора торжественной церемонии открытия Олимпийских игр в Москве.
Пиком её творчества стала передача «От всей души», которая была удостоена Государственной премии СССР. Впервые вышедшая в эфир 13 июля 1972 года, передача шла 15 лет. Последний 52-й выпуск состоялся в июле 1987 года из Оренбурга.
В 1986 году вышла её автобиографическая книга «Объяснение в любви».
В 1990-е годы наступил сложный период в жизни телеведущей. Все её передачи закрылись, а новых предложений не поступало. Она пыталась самостоятельно возродить программу «От всей души», но её усилия не дали результата. Вместе с И. Кирилловым в 1996 – 1997 годах она была ведущей новостей в обзорной передаче «Телескоп», и эта рубрика стала последним полем деятельности Валентины Леонтьевой.
