Valentīna Freimane dzimusi 1922. gada 18. februārī Rīgā, jurista Leopolda Lēvenšteina ģimenē.
Viņa uzskatāma par intelektuālu autoritāti vairākām paaudzēm – savas profesionālās darbības laikā, kas aptver vairāk nekā piecas dekādes, viņa sniegusi svarīgu ieguldījumu Latvijas kultūras izglītībā, it sevišķi – teātra un kino jomā. Pateicoties viņas aktīvajai iesaistei kultūras procesu analīzē, padomju periodā daudziem radās iespēja iepazīt pasaules kultūras norises.
Ebreju izcelsmes Latvijas kinozinātniece savu bērnību pavadīja Rīgā, Parīzē un Berlīnē, kur viņas tēvs konsultējis UFA kinostudiju juridiskajos un finanšu jautājumos. 20. gadsimta 30. gadu otrajā pusē ģimene pārcēlās uz Rīgu, bet dzīves normālo ritumu pārtrauca vispirms padomju režīms 1940. gadā, tad – nacistiskās armijas ienākšana 1941. gadā. Valentīnai Freimanei vienīgajai no savas ģimenes Rīgā izdevās pārdzīvot holokaustu, kurā gāja bojā gan viņas vecāki, gan vīrs.
Freimane 1949. gadā beigusi Latvijas Valsts Universitātes Vēstures fakultāti, 1971. gadā Maskavā ieguvusi mākslas zinātņu kandidāta grādu un 1992. gadā nostrificēta par mākslas zinātņu doktori. Būtisku pienesumu latviešu kultūras dzīvei devušas grāmatas "Liepājas teātra 50 gadi", "Latviešu padomju teātra vēsture", "Padomju Latvijas kinomāksla", "Personības un parādības", kuru autore vai līdzautore bijusi Freimane. Zinātniece regulāri rakstījusi par teātri un kino Latvijas periodiskajos izdevumos.
Valentīna Freimane palīdzējusi veidot Latvijas Kultūras akadēmijas filmu bibliotēku, kā arī docējusi studiju kursu "Aktieris kameras priekšā" un vadījusi filmu lektorijus, seminārus un priekšlasījumus. Astoņdesmito gadu nogalē piedalījusies kinoforuma "Arsenāls" dibināšanā un darbībā, savukārt deviņdesmitajos – lasījusi lekcijas aktiermākslas vēsturē Berlīnes Brīvās universitātes Teātra zinātnes institūtā.
2002. gadā Freimane kļuvusi par Triju zvaigžņu ordeņa virsnieci. 2010. gada 29. decembrī Freimanei pasniegts Latvijas Kultūras akadēmijas goda profesora (Professor honoris causa) diploms.
2010. gadā pirmo reizi tika publicēts dziļi personiskais un vēsturiski nozīmīgais Valentīnas Freimanes autobiogrāfiskais darbs "Ardievu, Atlantīda!", kas nu jau piedzīvojis vairākas tirāžas. Grāmata saņēma Literatūras gada balvas speciālo balvu un ir tulkota un izdota krieviski. 2015. gadā publicēts tulkojums Vācijā, kur darbs atzīts par vienu no trim gada labākajiem 2015. gada autobiogrāfiskajiem romāniem.
2014. gadā Latvijas nacionālajā operā pasaules pirmizrādi piedzīvoja pēc "Ardievu, Atlantīda!" motīviem iestudētā opera "Valentīna", ko veidojis komponists Arturs Maskats un dzejniece Liāna Langa un režisējis – Viesturs Kairišs. Titulloma tika uzticēta soprānam Ingai Kalnai. 2015. gada maijā operas viesizrāde Berlīnē bija iekļauta Latvijas prezidentūras Eiropas Padomē kultūras programmā.