Валентина Куценко народилася 24 вересня 1930 року в Україні. Батько був учителем, викладав українську і російську мови, а також українську і російську літературу. Мати Харетина Якимівна була родом із селян, під час німецько-радянської війни була зв'язковою партизанських загонів.
Дебютувала в кіно в 1955 році, зіграв невелику роль у фільмі «Білий пудель» за повістю Олександра Купріна. Популярність прийшла після ролі в картині «Зірки на крилах», де її партнерами були Лев Фричинський та В'ячеслав Тихонов. Інші відомі роботи актриси: Варка («Коли співають солов'ї»), Наташа («Особливе доручення»), Олена («Останні залпи»), Катря («Скільки літ, скільки зим»), Зоя («Люди на Нілі»).
Наприкінці 1970-х років актриса потрапила в автокатастрофу, у результаті якої в неї паралізувало руки. Після лікування вона залишила кінематограф і зайнялася літературною діяльністю. Написала кілька десятків оповідань (збірка «Оповідання для чекаючих»), повість «Про маму» (2010).
Особисте життя
Перший чоловік (фактичний) — Конрад Вольф (1925—1982), німецький кінорежисер, з яким Куценко разом навчалася у ВДІКу. Шлюб тривав близько трьох років.
Другий чоловік — Микола Фігуровський (1923—2003), радянський кінорежисер. Шлюб з 1963 року.