Валентина Михайловна Леонтьева родилась 1 августа 1923 года в Петрограде. Родители — коренные петербуржцы, отец по национальности был шведом. С детства Валентина занималась в театральном кружке при ТЮЗе.

Когда началась война, семья Леонтьевой оказалась в осаждённом Ленинграде. Сама Валентина в возрасте 18 лет пошла в сандружинницы, чтобы помогать раненым и больным горожанам. В блокадные дни её отец умер, а мать и две сестры уехали из Ленинграда в эвакуацию в п. Новосёлки Мелекесского района Ульяновской области.

В 1944 году В. Леонтьева 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. Получив актерское образование, пару сезонов она проработала в Тамбовском драматическом театре.

В 1954 году, пройдя конкурсный отбор, пришла работать на телевидение. Сначала — помощником режиссёра, а затем диктором.

За годы своей долголетней работы на телевидении вела множество популярных программ, на которых несколько поколений телезрителей: «Голубые огоньки», праздничные трансляции, передачу «Из ложи театра» (вместе с И. Кирилловым), детские программы: «В гостях у сказки», «Спокойной ночи, малыши!», «Будильник», «Умелые руки». Благодаря работе в детских передачах, Валентина Леонтьева была известна всей стране как тётя Валя. Примечательна также её единственная роль в мультипликации — её голосом говорит мама Малыша в первом мультфильме о Карлсоне (1968). В 1980 году В. Леонтьева выступила в роли комментатора торжественной церемонии открытия Олимпийских игр в Москве.

Самой главной и самой личной передачей ее жизни стала программа «От всей души». В 1982 году В. М. Леонтьевой присвоили звание Народной артистки Советского Союза, а также она стала Лауреатом Государственной премии СССР. C 1989 года Валентина Михайловна стала диктором-консультантом телевидения, а так же написала книгу «Объяснение в любви». В 90-е годы В. М. Леонтьева исчезла из телеэфира, и этот уход с телевидения Валентина Михайловна тяжело переживала. Лишь изредка ТВ вспоминало о той, кто была его душой на протяжении нескольких десятков лет. В 2000 году ее наградили статуэткой ТЭФИ «За личный вклад в развитие отечественного телевидения». Пару раз о ней зрителям напомнили документальные очерки.

В 2004 году Валентина Михайловна переехала к сестре в Ульяновскую область, где и скончалась в возрасте 83 лет от пневмонии.