Валентина Гризодубова — дочь изобретателя и лётчика Степана Васильевича Гризодубова. Родилась в Харькове 27 апреля (по старому стилю 14 апреля) 1909 года (эта подлинная дата рождения установлена сотрудниками музея Гризодубовых в Харькове; официальной же датой рождения считается 31 января (18 января по старому стилю) 1910 года).Уже в два с половиной года Валентина поднялась в небо на отцовском аэроплане с харьковского аэродрома, привязанная к отцу ремнями.
В 14 лет она совершила первый полёт на планере в Коктебеле на слёте планеристов.После окончания средней школы поступила в Харьковский технологический институт. Параллельно окончила музыкальное училище по классу рояля и была зачислена в консерваторию.4 ноября 1928 года, будучи студенткой Харьковского технологического института, зачисляется в первый набор Харьковского Центрального аэроклуба. Окончила аэроклуб за три месяца. Для продолжения обучения лётному мастерству в Харькове не было возможностей, и Гризодубова, оставив институт, поступила в 1-ю Тульскую лётно-спортивную школу ОСОАВИАХИМа.
В 1929 году поступила в Пензенскую школу лётчиков-инструкторов.Занималась планёрным спортом.
С 1930 по 1933 год работала лётчиком-инструктором в Тульском аэроклубе «Добролёт» , затем — инструктором лётной школы около подмосковной деревни Тушино.
В 1934—1935 годах была лётчиком агитэскадрильи имени М. Горького, базирующейся на Центральном аэродроме в Москве. Работая в эскадрилье, она облетела почти всю страну на различных типах самолётов того времени. Летала над Памиром, Кабардино-Балкарией, Ферганской долиной.
В 1939 году назначена начальником Управления международных воздушных линий СССР. Училась в Ленинградском институте инженеров Гражданского воздушного флота.
В октябре 1937 года установила пять мировых авиационных рекордов для женщин на легкомоторных самолётах. 24—25 сентября 1938 года в качестве командира экипажа вместе с П. Д. Осипенко и М. М. Расковой на самолёте «Родина» (АНТ-37) совершила беспосадочный перелёт из Москвы на Дальний Восток, установив международный женский рекорд дальности полёта (за 26 часа 29 минут покрыто расстояние в 6450 км). После Урала прервалась радиосвязь с землёй, поэтому экипаж пролетел мимо Комсомольска-на-Амуре, где планировалась посадка и торжества. Когда бензина осталось на полчаса Гризодубова решила садиться в тайге с убранными шасси и приказала Расковой прыгать с парашютом. Самолёт приземлился на болота в верховьях таёжной реки Амгуни. Поиски самолёта велись активно и экипаж всё-таки обнаружили с воздуха. Из села Керби вышел катер «Дальневосточный» и в верховьях реки Амгуни и был обнаржуен экипаж. За этот перелёт 2 ноября 1938 года ей было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина. После учреждения знака особого отличия 4 ноября 1939 года ей была вручена медаль «Золотая Звезда» № 104.В. С. Гризодубова, используя свою известность и знакомства в высших кругах, неоднократно ходатайствовала в защиту людей, пострадавших от репрессий.
В частности, вместе с прославленным лётчиком М. М. Громовым она вступилась за С. П. Королёва, будущего создателя советской космической программы; во многом благодаря их усилиям его перевели из лагеря на Колыме в ЦКБ-29.
В 1941 году вступила в ВКП(б). Возглавляла Антифашистский комитет советских женщин. Член комиссии по расследованию злодеяний немецко-фашистских захватчиков (1942).Во время Великой Отечественной войны, с марта 1942 года по октябрь 1943 года, командовала 101-м авиаполком Авиации дальнего действия.
На май 1943 года лично совершила около 200 боевых вылетов (в том числе 132 — ночных) на самолёте Ли-2 на бомбардировку вражеских объектов, для доставки боеприпасов и военных грузов на передовую и для поддержки связи с партизанскими отрядами.
В 1943 году присвоено звание полковника.При этом, по данным командующего Авиации дальнего действия А. Е. Голованова, полк Гризодубовой имел низкую дисциплину среди личного состава и большое количество не связанных с ведением боевых действий лётных происшествий, а сама Гризодубова не раз самовольно оставляла свою часть во время ведения боевых действий.
В 1944 году, согласно А. Е. Голованову, с целью получения генеральского звания и преобразования её полка в гвардейский, подала в ЦК ВКП(б) жалобу на командующего Авиацией дальнего действия А. Е. Голованова.
В результате проведённого расследования жалоба была признана заведомо ложной, после чего Гризодубова была выведена из состава Авиации дальнего действия, а её дело было решено передать в военный трибунал (исходя из текста в указанном источнике, дело в трибунал передано не было, поскольку Голованов не хотел продолжать разбирательство с клеветницей, посчитав это ниже своего достоинства). Полк же Гризодубовой, под командованием её бывшего заместителя, уже через несколько месяцев был преобразован в 31-й гвардейский бомбардировочный полк.
С 1946 года полковник В. С. Гризодубова — в запасе. После демобилизации из Советской армии работала в гражданской авиации заместителем начальника НИИ-17 (позднее Институт приборостроения, в настоящее время Концерн радиостроения «Вега» ) по лётной части. Её подразделение проводило испытания радиоэлектронной аппаратуры для Военно-воздушных сил и гражданской авиации.
Она лично принимала участие в испытательных полётах по испытанию и доводке разрабатываемого в НИИ-17 радиолокационного оборудования.
В 1963 году по личной инициативе Гризодубовой был создан уникальный Научно-исследовательский лётно-испытательный центр (НИЛИЦ) на аэродроме Солнцево, который она и возглавила.
В 1972 году Гризодубова вернулась в Институт приборостроения на должность заместителя начальника, где проработала до 1993 года.Депутат Верховного Совета СССР 1-го созыва.Умерла 28 апреля 1993 года, похоронена на Новодевичьем кладбище в Москве (участок 11).Мировые авиационные рекордыДатаСамолётЭкипажКлассНаименование рекордаРезультат07.10.1937УТ-1В. С. ГризодубоваКласс С,2-я категория, женскийСкорость полёта на 100-км замкнутом маршруте218,18 км/ч09.10.1937УТ-1 гидроВ. С. ГризодубоваКласс С-бис,2-я категория, женскийСкорость полёта на 100-км замкнутом маршруте190,88 км/ч09.10.1937УТ-2 гидроВ. С. Гризодубова — лётчик;Е. Слобоженко — бортмеханикКласс С-бис,1-я категория, женскийСкорость полёта на 100-км замкнутом маршруте200,00 км/ч15.10.1937УТ-2 гидроВ. С. Гризодубова — лётчик;Е. Слобоженко — бортмеханикКласс С-бис,1-я категория, женскийВысота полёта3267 м24.10.1937АИР-12В. С. Гризодубова — лётчик;М. М. Раскова — штурманКласс С-бис,1-я категория, женскийДальность полёта по прямой1444,72 км24—25.09.1938АНТ-37 «Родина» В. С. Гризодубова — командир экипажа;П. Д. Осипенко — 2-й пилот;М. М. Раскова — штурманКласс С,женскийДальность полёта по прямой5908,61 кмКласс С — сухопутные самолёты (по классификации 1930-х годов).Класс С-бис — гидросамолёты (по классификации 1930-х годов).1-я и 2-я категория — самолёты с разным взлётным весом (как правило, малым).