Валентина Петровна Дворянинова родилась 2 февраля 1933 года в Дятьково Брянской области в семье военного, служащего пограничных войск.
В связи с назначением отца в Закавказский пограничный округ семья переехала в Баку, а затем в Тбилиси, где Валя обучалась в школе и занималась пением в детском ансамбле Тбилисского Дворца пионеров.

Сразу после освобождения от фашистких оккупантов Одессы Пётр Павлович получил назначение в этот город, где Валентина поступила в музыкальное училище и успешно выступала в пограничном ансамбле.
В 1950 году Дворянинова приехала в Москву и была принята в музыкальное училище при консерватории. В 1953 году она начала свои выступления на сцене Большого театра в составе хора.
С 1957 по 1963 гг. Валентина Дворянинова успешно выступала в качестве солистки оркеста под управлением Олега Лундстрема, а затем стала солисткой Москонцерта. Особенно плодотворным было её сотрудничество с композиторами А.Петровым, Я.Френкелем, В.Дмитриевым и А.Эшпаем.
В.Дворянинова была первой исполнительницей многих известных песен "Спят усталые игрушки", "Калина красная", "Линахамари" и др. Часто приходилось петь за кадром при озвучивании фильмов. Так, в фильме "Жажда" Валентина исполнила песню Эшпая "Два берега" и исполнила так, что песня стала очень популярной, а Майя Кристалинская надолго включила её в свой репертуар.
В 60-х и 70-х годах певица пользовалась значительной популярностью в Союзе и во многих странах, где прошли её гастроли. Она - Лауреат Всесюзного конкурса артистов эстрады. Запомнились выступления певицы на радиостанции "Юность", во многих выпусках популярной передачи "С добрым утром". Особенно хорошо знали Дворянинову в воинских частях, где она часто выступала, помня о своём детстве, неразрывно связанном с армейской средой.
В 70-80-х годах Валентина Дворянинова много пела на судах "Леонид Собинов", "Грузия", "Иван Франко", находящихся в длительном плавании.
С 90-х годов и по настоящее время Валентина Петровна - член Совета ветеранов Центрального ордена Дружбы народов Дома работников искусств. Продолжаются и концертные выступления, радующие постоянных и новых почитателей таланта певицы.
В 2006 году фирма "Мелодия" выпустила персональный диск В.Дворяниновой "Насмотрись, зорька, в реченьку".