Валентина Александровна Семеренко родилась 18 января 1986 года в украинском городе Краснополье.

У Вали есть сестра-близнец Вита Семеренко, также биатлонистка. Кроме того у Вали и Виты есть старше них на четыре года сестра Оксана.

В возрасте десяти лет Валя вместе с сестрой начала заниматься в секции лыжного спорта, а спустя несколько лет перешли на биатлон.

Училась Валя Семеренко в Сумском государственном педагогическом университете им. Антона Макаренко, а также в Национальной академии Государственной налоговой службы Украины.

Дебютным международным турниром для Вали стал молодёжный чемпионат мира, где ей удалось пробиться в 30 лучших на дистанции 5 км вольным стилем.

Затем она завоевала серебро на Чемпионате мира 2005 в Контиолахти.

В том же 2005 году Валя отъездила спринт на Кубке мира в Осрбли и Оберхофе, но высокого результата не смогла достичь.

В начале 2006 года пробилась на Олимпиаду в Турине, где приняла участие в индивидуальной гонке, но приехала всего лишь 46-ой.

В следующем сезоне 2006/2007 Валя Семеренко несколько раз входила в десятку сильнейших на Кубке мира по биатлону и в итоге стала 47 в общем зачете.

Сезон 2007/2008, с седьмым местом в спринте в Оберхофе и десятым местом в преследовании в Ханты-Мансийске, Валя закончила на 28 месте. Кроме того, на Чемпионате мира в Остерсунде вместе со сборной Валя завоевала серебро в эстафете. В итоге Валя стала 28 в общем зачете.

Следующий сезон Валя улучшила свою позицию в итоговом зачете Кубка мира на 4 позиции и стала 24-ой.

В сезоне 2009/2010 Валя Семеренко входила в десятку сильнейших на пяти этапах Кубка мира, но на Олимпийских играх в Ванкувере не сумела прийти ближе 13 места. В итоге 14 место в общем зачете.

В сезоне 2010/2011 Валя впервые поднялась на пьедестал, она завоевала бронзу в спринте в Прескью-Айле. Также Семеренко несколько раз останавливалась в шаге от призового места. С такими результатами Валя закончила сезон на 11 места.

Удачно Валя начала сезон 2011/2012. Она досталась девятого места в индивидуальной гонке, седьмого в спринте и в преследовании на первом этапе Кубка мира в Эстерсунде. Затем последовала серия неудач и пропусков в связи со здоровьем. Так Валя полностью пропустила соревнования в Анси и Холменколлене, а также часть гонок на Чемпионате мира в Рупольдинге. В итоге на Кубке мира Валя заняла лишь 22 место.

Сезон 2012/2013 Валя закончила на 20 месте с двумя бронзовыми медалями и несколькими местами близкими к пьедесталу.

В сезоне 2013/2014 на первом этапе Кубка мира в Эстерсунде Валя вместе со сборной завоевала бронзу в эстафете, а в Хохфильцене – золото. В том же Хохфильцене Валя стала седьмой в гонке преследования.

На третьем этапе в Анси Валя стала третьей в спринте и первой в преследовании, а также со сборной завоевала серебро в эстафете. Затем на выступлении в Оберхофе Валя Семеренко стала шестой в спринте и девятой в гонке преследования.

На Олимпиаде 2014 в Сочи Валя стала 12 в спринте и 5 в преследовании.