Thielová sa ako dcéra ruských emigrantov narodila 12. marca 1933 v Prahe. Jej prvým manželom bol básnik Vladimír Thiele, ktorý ju zoznámil s režisérom Josefom Machom a ten ju v roku 1957 obsadil do hlavnej úlohy vo svojom filme Florenc 13.30. Po tomto úspešnom filmovom debute sa okrem iného ako konferenciérka v súbore Laterny magiky zúčastnila svetovej výstavy Expo 58 v Bruseli.
Nasledovali ďalšie filmové úlohy, z českých filmov 60. rokov boli najvýznamnejšie tituly Blánovo kronika režiséra Karla Zemana z roku 1964 či Transit Carlsbad (1966) režiséra Zbyňka Brynycha. V obľúbenej snímke Leto s kovbojom z roku 1976 stvárnila Thielová manželku profesora Studničky, ktorého hral dnes rovnako zosnulý Jozef Somr.
Českí diváci si Valentinu Thielovú pamätajú napríklad aj z detektívky Na koľajiach čaká vrah (1970) režiséra Jozefa Macha alebo z komédie Ako básnikom chutí život (1987) režiséra Dušana Kleina. Televíznym divákom zase bola známa zo seriálu TV Prima Rodinná pouta, kde hrala úlohu babičky Boháčovej.
Objavila sa aj v rade ďalších filmových i televíznych úloh, hrala aj v niekoľkých seriáloch, napríklad Panoptikum mesta pražského (1987), Prisahám a sľubujem (1990) či Náhrdelník (1992).
