Валентина Талызина родилась 22 января 1935 года. В 1958 году была принята в труппу театра имени Моссовета (ныне Государственный академический театр им. Моссовета). Через шесть лет получила первую серьезную роль - сыграла Зину в спектакле "Дядюшкин сон" по повести Федора Достоевского.
Среди театральных работ Валентины Талызиной: Катерина Ивановна в "Петербургских сновидениях", редактор в "Шторме", Юлия Тугина в "Последней жертве", Екатерина II в "Царской охоте", Анна Фирлинг в "Мамаше Кураж и ее детях", пани Дульская в "Морали пани Дульской" и др. В настоящее время актриса продолжает играть в театре им. Моссовета, занята в комедии "Свадьба Кречинского" в постановке Павла Хомского.
Снималась более чем в ста фильмах. Дебютом стала картина "Человек, который сомневается" (1963) режиссеров Леонида Аграновича и Владимира Семакова. В числе ее наиболее известных работ - роли в фильмах "Путь в "Сатурн" и "Конец "Сатурна" (1967) Виллена Азарова, "Зигзаг удачи" (1968) и "Ирония судьбы, или С легким паром!" (1975) Эльдара Рязанова, "Иванов катер" Марка Осепьяна (1972, премьера состоялась в 1987 году), "Афоня" (1975) Георгия Данелии, "Женитьба" (1977) Виталия Мельникова (по пьесе Николая Гоголя), "Гений" (1991) Виктора Сергеева и др.