В. М. Леонтьева родилась 1 августа 1923 года в Петрограде. Валентине Леонтьевой пришлось пережить блокаду Ленинграда, в возрасте 18 лет она пошла в сандружинницы, с тем, чтобы помогать раненым и больным в осаждённом городе.
Училась в химико-технологическом институте, работала в поликлинике. Затем окончила оперно-драматическую студию имени Станиславского при МХАТе (студия В. О. Топоркова), (ныне Московский драматический театр им. К. С. Станиславского), работала в Тамбовском драматическом театре, затем пришла на телевидение, где стала работать помощником режиссёра. Впервые на экране появилась в 1954 году.
За годы своей долголетней работы на телевидении Валентина Михайловна вела детские передачи «В гостях у сказки», «Спокойной ночи, малыши!», «Будильник», праздничные «Голубые огоньки», поисковую программу «От всей души», а также многие другие телевизионные программы.
C 1989 года — диктор-консультант телевидения.
C 2004 года проживала в селе Новосёлки Мелекесского района Ульяновской области, где и была похоронена 22 мая 2007 года. 1 августа 2008 года, в день ее 85-летия, Валентине Михайловне открыт памятник в Ульяновске.
Сергей Абрамов писал:
В 1992 году режиссер передачи «Зазеркалье» РГТРК «Останкино» Петр Соседов и редактор студии кинопрограмм Инна Смирнова решили вернуть старое название и пригласить В. М. Леонтьеву на роль ведущей. Валентина Михайловна нашла спонсора готового оплатить полную стоимость производства программы. Даже вышли в эфир две телепередачи со старым названием «В гостях у сказки», но руководство студии Владимир Шмаков и Мария Старостина запретили использовать «тетю Валю» в качестве ведущей и передача вновь стала выходить под названием «Зазеркалье». Под этим названием она и выходила в эфир вплоть до ликвидации ТК «Останкино» в 1995 году.