Nata e cresciuta a Maslennikovo, piccolo paesino nella regione di Yaroslavl (Russia centrale), Tereshkova rimase orfana di padre da piccola e sua madre, operaia in un'industria tessile, fu costretta a crescere un fratello e una sorella da sola. A portarla nello spazio fu la passione per il paracadutismo (effettuò il suo primo lancio il 21 maggio del 1959).
Così, realizzato con successo lo storico lancio di Yuri Gagarin, Kamanin, il capo del programma spaziale, convinse le autorità sovietiche ad avviare un programma femminile. Tereshkova venne allora scelta, probabilmente grazie alla sua esperienza nel paracadutismo: la navicella "Vostok" era infatti completamente automatizzata e dunque non servivano doti di pilotaggio, ma la cosmonauta veniva espulsa dalla capsula in fase di rientro. Una procedura rischiosa che necessitava di doti particolari. Valentina, in quello storico volo, si trovò ad affrontare imprevisti di ogni tipo e totalizzò più ore nello spazio che tutti gli astronauti americani messi insieme.
Sconfitta la morte, al suo ritorno sulla Terra dovette combattere anche contro il pregiudizio di genere, ma alla fine il governo la decorò con ogni medaglia possibile. Il 7 febbraio 2014 ha partecipato alla cerimonia di apertura delle Olimpiadi invernali di Sochi 2014 portando la bandiera olimpica.