Родилась в семье столяра, революционера-подпольщика Натана Робермана, в 1913 г. эмигрировавшего в Палестину под именем Абрам Йосл Кунин. Вместе с матерью, Полиной Файнштейн, и сёстрами в 1913—1919 гг. жила в Бессарабии и в Могилёве-Подольском. В 1920 г. семья соединилась, провела год в Европе и в 1921—1931 гг. проживала в США, где фамилия отца была заменена на Конен. В США Валентина Конен закончила общеобразовательную школу и занималась в Джульярдской школе по специальности фортепиано. Большое влияние на ее формирование оказал музыковед, композитор и общественный деятель Чарльз Сигер. Училась также на литературном отделении Нью-Йоркского вечернего университета.
В 1931 г. семья Конен репатриировалась в СССР и вернулась в Баку, где Валентина Конен училась в Политехническом институте. В 1932 г. переехала в Москву, в 1934 г. приняла советское гражданство. В 1933—1938 гг. училась на историко-теоретическом отделении Московской консерватории, которую окончила с двумя дипломными работами; затем училась в аспирантуре Московской консерватории, в 1940 г. защитила кандидатскую диссертацию «Предпосылки классической симфонии». Среди педагогов Валентины Конен были Михаил Иванов-Борецкий, Болеслав Яворский, Лев Мазель, Виктор Цуккерман, уроки фортепиано она брала у Марии Юдиной. Одновременно Конен работала музыкальным критиком в газете «Moscow News» (1934—1938 и 1944—1949), московским корреспондентом журнала «Musical Courier» (1934-37).
В 1940—1941 гг. Конен преподавала историю зарубежной музыки в Московской консерватории, затем находилась в эвакуации в Казани, где преподавала в музыкальном училище и работала санитаркой и медсестрой в военном госпитале. После ареста отца в 1940 г., в 1941 г. она вышла из Коммунистической партии. По возвращении в Москву в 1944—1949 гг. преподавала в консерватории и ГМПИ им. Гнесиных, в 1946 г. защитила докторскую диссертацию на тему «Очерки по истории музыкальной культуры Соединенных Штатов Америки».
В 1949 г. была лишена права преподавания в вузах, однако была приглашена в качестве и.о. профессора в Уральскую консерваторию (Свердловск), где периодически читала лекции в начале 1950-х годов.
В 1960—1988 гг. — старший научный сотрудник Института истории искусств АН СССР. С 1960 г. выступала с лекциями по Всесоюзному радио. В 1964—1970 гг. — член редколлегии сборника «Музыка и современность». С 1968 г. эпизодически читала лекции в Московской консерватории для студентов и слушателей факультета повышения квалификации.
Научное наследие В. Д. Конен насчитывает более 130 работ, охватывающих историю мировой музыкальной культуры от средневековья до современности, в том числе книги о Шуберте (1953, 1959), Ральфе Воан-Уильямсе (1958), Монтеверди (1971), «Пути американской музыки» (1961, 1965, 1977), «Театр и симфония» (1968, 1975), «Этюды о зарубежной музыке» (1968, 1975), «Пёрселл и опера» (1978), «Третий пласт» (1994), «Очерки по истории зарубежной музыки» (1998, сост. В. П. Варунц) и др. Помимо академической музыки научные интересы Валентины Конен распространялись и на джазовую, которой она посвятила книги «Блюзы и ХХ век» (1981) и «Рождение джаза» (1984).