Пению обучалась у своей сестры Марии Владимировны Владимировой (1879—1965), певицы (сопрано), солистки Мариинского театра (1911—1916), с 1925 преподававшей в Московской консерватории (профессор с 1939, заслуженный деятель искусств РСФСР с 1945).
Выступала и как камерная певица. В репертуаре 600 различных произведений композиторов разных эпох и стран: арии из национальных, западно-европейских опер, русская вокальная лирика, сочинения советских композиторов, народные песни (русские, украинские, чешские, английские, шотландские, ирландские, норвежские, испанские, греческие).
Одной из первых певица начала культивировать тематически стройные программы. Таковым был один из её первых самостоятельных концертов в Колонном зале Дома Союзов, посвященный «Танцу в вокальной музыке».
С 1929 года гастролировала за рубежом (Германия, Великобритания, Турция, Польша, Югославия, Болгария).
В 1950—1953 годах преподавала в Московской консерватории им. П. И. Чайковского (с 1952 — профессор).
В 1947 году в Сочи, на улице Черноморской, построила дачу с намерением открыть оперно-вокальную студию. С 1947 по 1967 годы часто бывала в этом городе, жила здесь по нескольку месяцев в году, принимала участие в общественной и культурной жизни курорта, была членом художественного совета Сочинской филармонии, одновременно занимаясь вокально-педагогической деятельностью.
Муж — Барсов Константин Константинович (1889—1938), родственник Инны Барсовой, заведующий бактериологической лабораторией Рублевской водонасосной станции. Арестован в январе 1938 года по сфабрикованному «Делу о контрреволюционной шпионской организации микробиологов и работников водоснабжения». Расстрелян 27 сентября 1938 года. Реабилитирован в 1956 году. Место захоронения — расстрельный полигон «Коммунарка»[4].
В Астрахани проводятся Международные музыкальные фестивали имени Валерии Барсовой и Марии Максаковой.
В июне 1972 г. в честь 80-летия со дня рождения народной артистки СССР В. В. Барсовой на фасаде (юго-западном) дома № 8 по ул. Черноморской была укреплена мемориальная доска: «В этом доме с 1947 по 1967 гг. жила народная артистка Союза ССР Валерия Владимировна Барсова».
В 1988 году в её доме был открыт «Музей-дача народной артистки СССР В. Барсовой», как отдел музея истории города-курорта Сочи.
В Москве по адресу Воротниковский переулок, 7 ст4 установлена мемориальная доска «В этом доме 1932 по 1967 год жила народная артистка СССР лауреат государственных премий Валерия Владимировна Барсова».
В 1989 году на торцевой стене МБОУ СОШ № 12 Астрахани установлена мемориальная доска «Улица названа в 1989 году в честь выдающейся советской певицы, народной артистки СССР Валерии Владимировны Барсовой (1892—1967)».
