Валентина Куценко родилась 24 сентября 1930 года на Украине.
Отец был учителем и преподавал украинский и русский языки, а также украинскую и русскую литературу. Мать - Харетина Акимовна, родом из крестьян, во время Великой Отечественной войны была связной партизанских отрядов.
В 1954 году окончила Всесоюзный государственный институт кинематографии, курс Василия Ванина, а после его смерти в 1951 году - курс Владимира Белокурова.
В 1954-1982 годах - актриса Театра-студии киноактера.
Первый муж (гражданский брак) - Конрад Вольф (1925—1982), немецкий кинорежиссёр. Они вместе училась во ВГИКе.
Брак продолжался около трех лет. Второй муж - Николай Фигуровский (1923—2003), советский кинорежиссёр.
Поженнились в 1963 году. В браке в 1966 году родился сын Николай Фигуровский.
Сниматься начала в 1955 году, дебютировав в фильме «Белый пудель» по рассказу Александра Куприна.
Широкую известность получила после роли Надежды Коренюк в фильме «Звезды на крыльях» режиссера Исаака Шмарука о курсантах Военно-морского авиационного училища.
В 1960 году сыграла главную роль - Лену Колоскову - в военном фильме «Последние залпы» - экранизация одноименной повести Юрия Бондарева.
Действие фильма происходит в 1945 году. В Карпатах у самых границ с Чехословакией идут последние бои.
Заметными стали роли Варьки в «Когда поют соловьи», Наташи в «Особом поручении», Лены в «Последних залпах», Кати в ленте «Сколько лет, сколько зим», Зои в драме «Люди на Ниле».
В конце 1970-х годов актриса попала в автокатастрофу, в результате которой у неё оказались парализованы руки. После лечения она оставила кинематограф и занялась литературной деятельностью.
Написала несколько десятков рассказов, в т.ч. издала сборник «Рассказы для ожидающих» (2007), повесть «О маме» (2010), «Мелодии любви» (2013).
Валентина Павловна Куценко ушла из жизни 5 февраля 2022 года. Похоронена на Востряковском кладбище.