Валентина Ивановна окончила Оренбургское медицинское училище, работала в Медицинском управлении Центра подготовки космонавтов. Когда 12 апреля 1961 года ее муж первым в мире полетел в космос и стал знаменитым, слава коснулась и его семьи. Их часто фотографировали, показывали по телевидению, у них в гостях бывали знаменитые люди. Многие обращали внимание на удивительную скромность Валентины Ивановны.
Когда 27 марта 1968 года Юрий Алексеевич погиб, она сказала: "Он ушел в свое любимое небо". В последующие годы она не давала интервью. Молчание прервала лишь однажды, в канун 25-летия первого полета в космос. В ее книге "108 минут и вся жизнь" есть такие слова: "Тихо в квартире... Я одна... И хотя знаю, что он никогда больше не перешагнет порога... жду чуда. Вот сейчас раздастся звонок. Дети побегут с криком "Папа!", и я услышу возню в коридоре и знакомый голос... Но проходит минута, другая, а вокруг тишина....".
Многие годы она прожила в Звездном городке. Из ее окна виден памятник мужу, сжимающему в ладони ромашку.
Старшая дочь Гагариных Елена - генеральный директор музея-заповедника "Московский Кремль", младшая Галина - преподаватель РЭУ им. Г. В. Плеханова.