Thielová se coby dcera ruských emigrantů narodila 12. března 1933 v Praze. Jejím prvním manželem byl básník Vladimír Thiele, který ji seznámil s režisérem Josefem Machem a ten ji roku 1957 obsadil do hlavní role svého filmu Florenc 13.30. Po tomto úspěšném debutu se mimo jiné jako konferenciérka souboru Laterny magiky zúčastnila světové výstavy Expo 58 v Bruselu.
Následovaly další ' role, z českých snímků 60. let byly nejvýznamnější tituly Bláznova kronika režiséra Karla Zemana z roku 1964 či dva roky nato Transit Carlsbad režiséra Zbyňka Brynycha. V oblíbeném Létu s kovbojem z roku 1976 zpodobnila Thielová manželku profesora Studničky, kterého hrál Josef Somr.
Čeští diváci si Valentinu Thielovou pamatují například také z detektivky Na kolejích čeká vrah režiséra Josefa Macha nebo z komedie Jak básníkům chutná život režiséra Dušana Kleina. Těm televizním zase byla známá ze seriálu Rodinná pouta, kde hrála babičku Boháčovou.
Objevila se též v seriálech Panoptikum města pražského, Přísahám a slibuji či Náhrdelník.
