Валентина Георгиевна Ананьина родилась 18 мая 1933 года в Москве. Окончила ВГИК в 1957 году (училась на курсе Юлия Райзмана). По распределению после окончания ВГИКа Валентина Ананьина попала в Театр-студию киноактёра, где проработала 33 года, до 1990 года.

Этот театр был фактически филиалом «Мосфильма»: спектаклей ставилось очень мало, все актёры этого театра в основном снимались в кино. Дебютной картиной Валентины Ананьиной стал «Урок жизни» Юлия Райзмана, в котором она снялась после окончания второго курса, в 1954 году. В нем Валентина сыграла эпизодическую роль.

С этого момента она много снималась в кино, но главных ролей у нее не было, поскольку она не соответствовала определенным эталонам внешности. Зато на роли второго плана она была очень востребована. Валентина Ананьина снялась во многих популярных фильмах: «Девушка без адреса», «Летят журавли» (оба 1957), «Карьера Димы Горина» (1961), «Я шагаю по Москве» (1963), «Неуловимые мстители» (1966), «Белорусский вокзал» (1970), «Тени исчезают в полдень» (1971), «Анискин и Фантомас» (1974), сериалах «Девять месяцев» (2006), «Зверобой» (2008). Она никогда не отказывалась от предлагаемых ей ролей, часто снималась в «Ералаше».

Вышла замуж за оператора, познакомившись с ним на съемочной площадке, и прожила с ним 20 лет.

За свою творческую карьеру снялась более чем в ста сорока фильмах.