Советская кинозвезда конца 30‑х – 40‑х годов. Заслуженная артистка РСФСР (1946).
Училась у своей матери – Клавдии Половиковой и в Центральном техникуме театрального искусства (1933 – 1934). В 1933 – 1941 и в 1943 – 1950 годах — актриса Центрального ТРАМа (с 1938 года — театр имени Ленинского комсомола). В 1941 – 1943 годах — актриса Московского театра драмы под руководством Н. М. Горчакова. В 1950 – 1951 годах — актриса Малого академического театра. В 1951 – 1959 годах — актриса Московского театра имени Моссовета. В 1959 – 1964 годах — вновь актриса театра имени Ленинского комсомола. В 1964 – 1975 года — актриса Театра‑студии киноактёра.
Актрису Валентину Серову звезду кино 30 – 40‑х годов 20‑го века, называли третьей блондинкой Советского Союза. Тогда на кинематографическом небосклоне царили светловолосые Любовь Орлова и Марина Ладынина. Она создала на экране новый тип молодой, очаровательной, влекущей к себе веселой девушки. У Серовой было красивое, выразительное лицо, юмор, естественность. Элегантная, зажигательная, Женщина в высоком смысле этого слова…
В 1938 году Валентина снялась в фильме «Девушка с характером» и моментально стала популярной: длинные очереди в кинотеатрах, цветы, автографы, всеобщее обожание. Она много снималась в кино. А фильм «Сердца четырёх», где с Серовой играли Людмила Целиковская, Евгений Самойлов и Павел Шпрингфельд, сделал её народной любимицей. Она много выступала с концертами.