Единственная дочь Джан Галлеаццо Висконти, первого герцога Милана, и французской принцессы Изабеллы Валуа (дочери Иоанна Доброго). Рано осталась без матери, воспитывалась в Падуе своей бабушкой Бьянкой Савойской. Получившая прекрасное образование и обеспеченная огромным приданым, Валентина была одной из самых желанных невест Европы (её обручали четыре раза). В 1395 году её отец решил выдать Валентину замуж за брата французского короля, чтобы укрепить свои политические позиции.
25 ноября 1386 года при благословении папы Климента VII был заключен контракт: невеста получала город Асти, графство Верту, 450 тыс. флоринов, ювелирных изделий на 75 тыс. флоринов и право на наследование Милана. Тем не менее, Джан Галлеаццо не позволил пока своей дочери покинуть Милан, ссылаясь на её юный возраст. Свадебные церемонии состоялись в Милане только 8 апреля 1387 года. На самом деле это было всего лишь уловкой с целью потянуть время, так как миланский герцог надеялся, что его новая жена Екатерина разрешится от бремени мальчиком, что позволит изменить брачный договор. И действительно, 7 сентября 1388 года у Валентины родился брат, Джованни Мария, и положение брачного контракта по поводу наследования были пересмотрены. Наконец, Валентина была отправлена к мужу в сопровождении своего кузена Амадео VII, графа Россо, везя с собой значительное приданое.
Наконец, венчание свершилось в Мелене 17 августа 1389 года. Молодая пара поселилась в Венсене. В этот период Валентина родила троих детей, двое из которых умерли преждевременно. Двое младенцев королевы также скончались.
Из-за интриг при дворе Карла VI и ненависти королевы Изабеллы Баварской (также своей кузины, через мать королевы, урожденной Таддеи Висконти) была изгнана из Парижа в Сент-Поль: безумный король Карл относился к своей невестке с симпатией, что выделяло её из числа прочих, на которых он бросался с ненавистью. Он называл её «любимой сестрицей» и постоянно требовал её присутствия на всех дворцовых церемониях. Это вызвало зависть придворных.
Кроме того, ходили слухи, что королева Изабелла имела роман с мужем Валентины, своим деверем Людовиком. Королева обвинила Валентину в том, что она устроила заговор и заколдовала короля, чтобы престол перешел к её мужу Людовику. (Кроме того, отец Валентины в свое время свергнул с престола своего дядю, деда Изабеллы, с чем связывают дальнейшую антимиланскую политику королевы). «Валентину обвинили в попытке отравления дофина ядовитым яблоком и наведении порчи на короля. Королю действительно становилось лучше в присутствии Валентины или её мужа, что приписывали колдовству и чёрной магии. После каждого нового приступа безумия короля, положение герцогини Орлеанской становилось всё более шатким, королева Изабелла и старая герцогиня Бургундская, ненавидевшие Валентину, добились от герцога Орлеанского и королевского совета сначала удаления герцогини Орлеанской от двора, а весной 1396 – её изгнания из Парижа».
Чтобы защитить жену от вражды Людовик в марте 1396 года переехал в Асниер, занявшись также укреплением и расширением замка в Блуа. За этот период у них родилось четыре ребёнка. Изгнание Валентины совпало с переориентацией французской политики на союз с Флоренцией – вместо Милана.
Из Асниера Валентина переехала в Блуа около 1400 года. Её супруг Людовик превратил Блуа в настоящую крепость, в связи со сложным географическим положением замка вблизи владений врагов – герцогов Бургундских. В 1402 году от чумы умер отец Валентины, и правителем Милана стала его вдова Екатерина.
В связи со сложной политической ситуацией и борьбой за власть, пользуясь возможностью управлять от имени безумного короля, Людовик заключил союз со своей невесткой королевой Изабеллой и помогал ей против бургундцев. (Ходили даже слухи об их любовной связи).
23 ноября 1407 королева Изабелла родила своего последнего ребёнка, который скончался несколько часов спустя. В тот же день её деверь Людовик был убит в Париже по приказу бургундского герцога Жана Бесстрашного (как утверждают, его убили, когда он выходил из дома своей любовницы королевы Изабеллы). После его убиения Валентина отправилась в Париж к королю, с просьбой о наказании виновных. Слабый король сначала изъявил свое согласие, но вскоре удалил её от двора. Никакого возмездия за открыто признанное убийство не последовало. Организовав защитную речь аббата де Серизи на оправдывающую убийство речь герцога Пети, Валентина была вынуждена вернуться в свои владения ни с чем.
Валентина горячо оплакивала смерть супруга, её гербом стал серебряный фонтан слёз, а девизом – «ничто для меня более, и более ничто» (Plus ne m’est rien, rien ne m’est plus). Валентина пережила своего мужа примерно на год, скончавшись в Блуа в возрасте 38 лет. На смертном одре она заставила детей поклясться поддержать величие своего дома и отомстить за убиение отца.
Её права на Милан впоследствии стали поводом к Итальянским войнам Людовика XII и Франциска I.
Валентина бегло говорила по-итальянски, по-французски, по-немецки, знала латынь; играла на арфе и собирала библиотеку, которая стала ядром Национальной Библиотеки Франции. Была патронессой Эсташа Дешана, который написал несколько стихотворений в её честь. Также была адресатом сочинений Кристины Пизанской. Вдобавок, Валентина стала матерью одного из самых известных поэтов Франции следующего периода – Карла Орлеанского. В 1405 году она фактически усыновила бастарда своего мужа – Жана де Дюнуа.