Валентина Ивановна Гагарина (в девичестве Горячева) родилась 15 декабря 1935 года в Оренбурге в многодетной семье. Она окончила Оренбургское медицинское училище и работала в лаборатории Медицинского управления Центра управления полётами. В 1957 году вышла замуж за Юрия Гагарина, который в 1961 году стал первым человеком, совершившим полёт в космос.
О первом полёте Юрия Гагарина Валентина узнала неофициально — от соседки, так как дата полёта была засекречена. Впоследствии Гагарин стал мировой знаменитостью, а Валентина сопровождала его в поездках и была рядом во время его стремительной карьеры.
После трагической гибели Юрия Гагарина в 1968 году Валентина осталась вдовой в 32 года и больше не выходила замуж. Она посвятила жизнь воспитанию дочерей и сохранению памяти о муже. Валентина передала в музей личные вещи Юрия Гагарина, участвовала в мероприятиях, посвящённых первому космонавту, и написала книги, основанные на воспоминаниях о жизни с мужем.
Валентина Гагарина проживала в Звёздном городке, в квартире, где жила с Юрием Гагариным. Она умерла 17 марта 2020 года и была похоронена на Федеральном военном мемориальном кладбище в Мытищах.
Её дочери добились значительных успехов: старшая стала генеральным директором музея «Московский Кремль», младшая — профессором экономики. Валентина Ивановна была награждена орденом Ленина, орденом Гагарина и почётным званием гражданина Московской области.