Тализина е родена на 22 януари 1935 г. в Омск. Дебютира в киното през 1963 г. с филма „Човекът, който се съмнява“. След участието си в „Зигзаг на съдбата“ на Елдар Рязанов започва да получава множество предложения за роли.
Сред най-известните ѝ филми са „Голямата промяна“, „Ирония на съдбата, или честита баня“ и „Гост от бъдещето“. Участва и в телевизионната историческа драма „Екатерина“, излъчвана и у нас.
През дългогодишната си кариера Валентина Тализина изпълнява над 40 централни и главни роли. До последните си дни остава вярна на сцената на театър „Моссовет“.