Биография певицы включена в энциклопедию «Кто есть кто в мире музыки» и международную книгу «500 выдающихся личностей в истории человечества». Создательница «Музыкального театра Валентины Пономаревой».
Родители Валентины Пономарёвой — скрипач Дмитрий Пономарёв и пианистка Ирина Лукашова. Будущая певица родилась, когда её родители ещё обучались в Московской консерватории и жили в общежитии. Валентина росла, окружённая музыкой. Европейская классика и цыганские мелодии одинаково хорошо знакомы ей с детства.
Валентина обучалась во многих школах, поскольку ей приходилось переезжать с родителями из города в город. После получения среднего образования она поступила в музыкальное училище города Хабаровска, сразу на два факультета — вокальный и фортепиано. Во время обучения Пономарёва знакомится с джазом и увлекается этим жанром.
Закончив училище экстерном, Валентина вскоре принимает приглашение на драматическую роль цыганки Машеньки в театральном спектакле «Живой труп» (Театр драмы г.Хабаровска). В роль входят цыганские песни. Премьера спектакля состоялась 18 декабря 1960 года. «Машенька» имеет большой успех у зрителей.
В 1967 году Валентина принимает участие в Международном джазовом фестивале в Таллине. Там её замечает и приглашает солисткой в свой джаз-оркестр Анатолий Кролл.
В 1971 году певица покидает оркестр и становится артисткой театра «Ромэн». В 1973 году в театре образуется трио «Ромэн», солисткой которого становится Валентина Пономарёва. В том же году трио становится лауреатом Всероссийского конкурса театральной молодёжи и лауреатом Всесоюзного конкурса артистов эстрады. Трио «Ромэн» быстро становится очень популярным, как в СССР, так и за его пределами. Оно выступает на радио, телевидении, записывает альбомы, гастролирует по Союзу и зарубежью. Во время заграничных гастролей Валентина посещает джаз-клубы, в которых не только слушает, но и поёт, навлекая на себя недовольство «органов».
В 1979 году Пономарёва покидает театр. Начиная с 1980, она вновь принимает участие в джаз-фестивалях. Фактически, её голос становится голосом советского джаза.
В 1983 году певица покидает трио «Ромэн» и устраивается работать в варьете в «Интуристе». Программа делается специально под неё, позволяя ей максимально полно реализовываться.
В том же году Пономарёву приглашает исполнить песни главной героини в фильме «Жестокий романс» режиссёр Эльдар Рязанов. Романсы в исполнении Валентины Дмитриевны имеют большой успех, их постоянно заказывают на радио.
С 1985 по 2004 год Пономарёва записывает 18 сольных альбомов, с 1978 по 2007 также участвует в записи большого количества сборников и альбомов других исполнителей.
В настоящее время[когда?] Валентина Пономарёва активно выступает, является членом правления Дома Работников Искусств и членом жюри конкурса «Романсиада».