Родилась 13 августа 1926 года в Москве. Девичья фамилия Суркова.
Музыкой начала заниматься с 8 лет по классу скрипки. Поёт с 12 лет. Во время войны находилась в эвакуации в городе Павлово-на-Оке Горьковской области. В 1943 году поступила в музыкальное училище при Московской консерватории по классу скрипки. Во время учёбы работала в оркестрах театра миниатюр, театра имени Ермоловой.
В 1948 году, после окончания училища имени Гнесиных, поступила на оркестровый факультет Музыкально-педагогического института имени Гнесиных, где получила квалификацию артиста оркестра и преподавателя по классу альта.
В 1957 году перешла в Московский академический музыкальный театр имени Станиславского и Немировича-Данченко. 6 ноября 1957 года дебютировала в партии Элен Безуховой в опере «Война и мир» С. Прокофьева.
В 1960 году была зачислена в труппу Большого театра. Здесь она спела более 20 партий. В 1963 году окончила Московскую консерваторию по специальности «оперная и концертно-камерная певица». Участвовала почти во всех гастролях Большого театра по стране и за рубежом.
Итальянский публицист Анджело Матаккиера после гастролей Большого театра на сцене «Ла Скала» писал:
Мы, миланцы, никогда не забудем пение и игру Валентины Левко в «Пиковой даме». Она изумительная певица и великолепная актриса.
С 1974 года параллельно с работой в театре стала преподавать вокал в Институте имени Гнесиных.
В 1982 году завершила оперную карьеру в театре, но продолжала концертную деятельность, выступала с сольными концертами как в СССР, так и за рубежом (более чем в 20 странах Европы, Америки, Азии, Австралии).
Валентина Левко - прекрасная певица. Её свободно, красиво звучащий бархатный голос льётся благородно и чисто, и она поёт так, как поют великие певицы.
- «Экспресс» (австрийская газета)
Выступала почти во всех залах мира: Карнеги-холл, Мюзик-феррайн, Альберт-холл, Большой зал Московской консерватории, Концертный зал имени П. И. Чайковского, Концертный зал имени М. И. Глинки в Санкт-Петербурге, Большой зал Петербургской филармонии и др.
В 1985-2011 гг. руководила кафедрой сольного пения в Российской академии музыки имени Гнесиных.
Является заместителем председателя Всероссийского музыкального общества, членом правления Экспериментального совета «Новые имена планеты».
В Москве работает образовательный центр - ГБУКиО города Москвы «Центр вокального искусства Валентины Левко».
СемьяМуж - Владимир Иосифович Левко (1922-1991), лётчик-истребитель Великой Отечественной войны, после войны - лётчик-испытатель.
- Дочь - Любовь (род. 1951).