Née à Huánuco, Thalia Valdivia décide de quitter sa famille à l'âge de 21 ans pour se concentrer sur sa carrière sportive en athlétisme. Elle déménage à Huancayo où elle y fait la connaissance de José Luis Chauca qui devient son entraîneur. Ses méthodes intensives portent rapidement ses fruits et Thalia Valdivia ne tarde pas à démontrer de bons résultats en course de fond[1].
Elle se révèle en 2018. Le , elle prend part aux championnats d'Amérique du Sud de semi-marathon à Paramaribo. Elle s'impose en 1 h 20 min 21 s et devance ses compatriotes Nélida Sullca et Nicolasa Condori pour un podium 100 % péruvien[2]. Fin août, elle est invitée à participer à la course de montagneAndes Race de 13 kilomètres. Bien que n'ayant aucune expérience dans cette discipline, elle remporte la victoire à sa propre surprise[1]. Le , elle domine l'épreuve du 10 000 mètres aux championnats d'Amérique du Sud d'athlétisme espoirs à Cuenca et remporte le titre en 36 min 58 s 03 avec près d'une minute et demi d'avance sur sa compatriote Sheyla Eulogio[3]. Le , elle démontre à nouveau ses bonnes performances en course en montagne en remportant le titre sur l'épreuve classique lors des championnats d'Amérique du Sud de course en montagne à Minas[4].
Le , elle participe à la Coupe panaméricaine de cross-country à Victoria. Elle mène le contingent péruvien et s'empare de la médaille de bronze derrière la Canadienne Geneviève Lalonde et l'Américaine Carrie Verdon[8].
Le , elle s'élance sur l'épreuve du 10 000 mètres des championnats d'Amérique du Sud d'athlétisme à São Paulo. Effectuant une course stratégique avec sa compatriote Luz Mery Rojas(de), elle effectue la course aux avant-postes et parvient à retenir l'Argentine Daiana Ocampo(en) pour remporter la médaille d'argent en 34 min 26 s 0, une seconde derrière Luz Mery Rojas[9]. Deux jours plus tard, elle double la mise sur le 5 000 mètres en 16 min 12 s 45, battue par l'Argentine Fedra Luna(de)[10].
Le , elle effectue une solide course lors du marathon de Rotterdam. Elle se classe sixième en 2 h 25 min 23 s. Elle établit un nouveau record du Pérou sur la distance et décroche son ticket pour le marathon des Jeux olympiques[11]. Le , elle prend le départ du marathon des Jeux olympiques de Paris. Elle termine meilleure Sud-Américaine à la 18e place en 2 h 29 min 1 s[12].
↑ a et b(es) Francessca Huané, « Runner Thalía Valdivia: de dominar las pistas a desafiar las montañas », El Comercio, (ISSN1605-3052, lire en ligne, consulté le )