После окончания семи классов средней школы начала работать в колхозе «Красное пламя». С 1950 года перешла в Асхвинскую полеводческую бригаду, работала конюхом и телятницей. С 1963 года — доярка, инициатор соревнований с другими колхозами по превышению установленных норм производства продукции животноводства. По итогам работы в восьмой пятилетки с 1966 по 1970 годы — 8 апреля1971 года«за высокие показатели в труде» В. Д. Дмитриева была награждена Орденом Трудового Красного Знамени.
6 сентября1973 года«За большие успехи достигнутые во Всесоюзном социалистическом соревновании и проявленную трудовую доблесть в выполнении принятых обязательств по увеличению производства и заготовок продуктов животноводства в зимний период 1972—1973 годов» Указом Президиума Верховного Совета СССР Валентине Дмитриевне Дмитриевой было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Канашский район: энциклопедия персоналий / Российская Федерация. Чувашская Республика ; авт.-сост.: В. П. Прокопьев, П. В. Сымкин. - Чебоксары : Римис : ИПК "Чувашия", 2014 г. — 161 с. — ISBN 978-5-86765-491-7
Прокопьев В. П. Три заповеди Валентины: о передовике производства, Герое Соц. Труда В. Дмитриевой / В. П. Прокопьев // Работники сельского хозяйства: очерки / ред.-сост. В. Н. Алексеев; авт. предисл. и науч. ред. А. И. Кузнецов. – Чебоксары, 2014 г. – 113—124 с.