Thielová se jako dcera ruských emigrantů narodila 12. března 1933 v Praze. Jejím prvním manželem byl básník Vladimír Thiele, který ji seznámil s režisérem Josefem Machem a ten ji v roce 1957 obsadil do hlavní role ve svém filmu Florenc 13.30. Po tomto úspěšném filmovém debutu se mimo jiné jako konferenciérka v souboru Laterny magiky zúčastnila světové výstavy Expo 58 v Bruselu.
Následovaly další filmové role, z českých filmů 60. let byly nejvýznamnější tituly Bláznova kronika režiséra Karla Zemana z roku 1964 či Transit Carlsbad (1966) režiséra Zbyňka Brynycha. V oblíbeném snímku Léto s kovbojem z roku 1976 ztvárnila Thielová manželku profesora Studničky, kterého hrál dnes rovněž zesnulý Josef Somr.
Čeští diváci si Valentinu Thielovou pamatují například i z detektivky Na kolejích čeká vrah (1970) režiséra Josefa Macha nebo z komedie Jak básníkům chutná život (1987) režiséra Dušana Kleina. Televizním divákům zase byla známá ze seriálu TV Prima Rodinná pouta, kde hrála roli babičky Boháčové.
Objevila se i v řadě dalších filmových i televizních rolí, hrála i v několika seriálech, například Panoptikum města pražského (1987), Přísahám a slibuji (1990) či Náhrdelník (1992)
