Валентина Степановна Гризодубова родилась 10 мая 1909 года в Харькове. Ее отец был известным авиаконструктором и изобретателем, и Валентина с детства росла в атмосфере, способствующей увлечению авиацией. Вполне естественным стало для нее поступление в аэроклуб и занятие планерным спортом.
Пензенский аэроклуб она окончила в 1929 году, и была принята летчиком-инструктором в Тульскую авиационную школу.
Была участником агит-эскадрильи им. М.Горького в 1934-1935 годов, а с 1936 года стала военным летчиком Советской Армии.
В 1937 году установила пять мировых авиационных рекордов высоты, скорости и дальности полета на самолетах УТ-1, УТ-2 и АИР-12, а в 1938 году совершила беспосадочный перелет из Москвы на Дальний Восток, установив мировой женский рекорд дальности полета.
2 ноября 1938 года ей было присвоено звание Героя Советского Союза – первой среди женщин.
С 1939 года Валентина Степановна назначена начальником Управления международных воздушных линий СССР.
Прошла всю Великую Отечественную войну, совершила более 200 боевых вылетов.
Находясь с 1946 года в запасе, она продолжала активную деятельность – участвовала в исследовательской работе, была начальником летно-испытательного центра, зам. начальника московского НИИ приборостроения по летной части, была депутатом Верховного Совета СССР 1-го созыва.
Умерла Валентина Степановна Гризодубова 28 апреля 1993 года. Похоронена в Москве, на Новодевичьем кладбище.