После окончания Великой Отечественной войны Валентина поступила в Харьковский Инженерно-экономический институт. Но после посещения студенческого театра она решила, что должна посвятить себя актёрскому ремеслу.
Через два года обучения девушка бросила институт и поехала в Москву. Там она поступила во ВГИК на курс Б.Бибикова и О. Пыжовой. На вступительном испытании Валентина Харлампиевна читала отрывок из «Русских людей» Алексея Толстого и стихи Твардовского. В студенческие годы Владимирова играла как комедийные, так и серьёзные драматические роли. В 1955 году Валентина окончила ВГИК и стала работать в труппе Театра-студии киноактёра.
В том же году молодая актриса начинала сниматься в кино. Правда, поначалу её приглашали на эпизодические и небольшие роли. Из наиболее запомнившихся зрителям кинолент того периода с участием актрисы особого внимания заслуживает военная драма Михаила Калатозова «Летят журавли» с Татьяной Самойловой и Алексеем Баталовым в главных ролях.
В 1958 году актриса снялась в драме Юлии Солнцевой «Поэма о море». После этого фильма Валентина Харлампиевна окончательно утвердилась как актриса эпизодических ролей, но каждое её появление на экране вызывало настоящий трепет. Владимирова работала в амплуа «женщины из народа», поэтому образы, создаваемые ею, получались такими естественными и натуральными.
В 1960 году вышла картина Юрия Егорова «Простая история» с участием Владимировой, в этом фильме она сыграла Авдотью. Затем фильмография артистки пополнилась работами в таких лентах, как «Председатель», «Любушка», «Не забудь… станция Луговая», «Угрюм-река», «Тени исчезают в полдень», «Белый Бим чёрное ухо», «Понедельник – день тяжелый», «Звонят, откройте дверь» и «Старики-разбойники».
К концу девяностых Валентина Харлампиевна перестала сниматься в кино. Она жила в затворничестве и тяжело болела. Скончалась 23 марта 1944 года.
