Леонтьева родилась 1 августа 1923 года в Ленинграде. Училась в химико-технологическом институте, работала в поликлинике. Затем окончила оперно-драматическую студию имени Станиславского при МХАТ и работала в Тамбовском театре. На телевидение Леонтьева пришла в 1954 году, став сначала помощником режиссера, а затем - диктором. В 2000 году она стала лауреатом премии ТЭФИ "За личный вклад в развитие отечественного телевидения". Кроме того, Леонтьева - лауреат Государственной премии и народная артистка СССР. До последних дней она была консультантом телеведущих.
Похороны телеведущей Валентины Леонтьевой состоятся 22 мая в полдень в поселке Новоселки в Ульяновской области, где она жила в последнее время у родственников.
Как сообщается на официальном сайте правительства области, Леонтьева переехала в Новоселки к своей родной сестре Людмиле в 2004 году. Там для нее приобрели квартиру в доме, где проживала сестра. В этом же поселке живут и другие родственники телеведущей, которые взяли на себя заботу о ней.
Причина смерти не сообщается.