В 2006 году дебютировала в кино в фильме «Два в одном». В 2013 году окончила Высшее театральное училище им. М. С. Щепкина (мастерская В. И. Бочкарева). Популярность Дмитриевой принесла одна из главных ролей в сериале-триллере «Чернобыль. Зона отчуждения» 2014 года, где она предстала перед зрителем в образе резкой и решительной Насти. В 2025 году Валерию можно было увидеть на сцене «Модерна» в спектаклях «О дивный новый мир», «Затерянный мир» и Nirvana. Также в производстве находилась короткометражная лента «Побег» с её участием.

Фильмы и сериалы

• 

  Невеста

  2017 · Россия 5.8

  1 ч 30 мин

• 

  Вратарь Галактики

  2020 · Россия 6.3

  1 ч 55 мин

• 

  Завершён

  Чернобыль: Зона отчуждения

  2014–2019 · Россия 7.8

  3 сезона · 19 серий

• 

  Пиковая дама: Черный обряд

  2015 · Россия 5.3

  1 ч 33 мин

• 

  Чернобыль. Зона отчуждения. Финал

  2019 · Россия 7.4

  1 ч 44 мин

• 

  Два в одном

  2007 · Россия 2.5

  2 ч 4 мин

• 

  Завершён

  Битва экстрасенсов

  2007–2021 · Россия 6.6

  22 сезона · 316 серий

• 

  Жена по совместительству

  2015 · Россия

  1 ч 30 мин

• 

  Побег

  2024 · Россия

  12 мин