Валентина Яковлевна Орликова родилась 19 февраля 1915 года в городе Сретенске Забайкальского края в семье служащих.

Когда Валентине было три года, её семья переехала во Владивосток. Трудовую деятельность Валентина Яковлевна начала подручной судосборщика на «Дальзаводе». Одновременно училась во Владивостокском водном техникуме путей сообщений, на вечернем отделении, окончила 4 курса.

В 1932 году с родителями переехала в Москву. В том же году отправилась в город Ленинград, где работала чертёжницей в конструкторском бюро Балтийского завода и училась на рабфаке кораблестроительного института. В институте окончила только 1 курс. Заболела и вынуждена была вернуться к родителям.

Работала на строительстве канала Москва-Волга, а осенью 1937 года восстановилась в кораблестроительном институте. После второго курса перевелась на судоводительский факультет Ленинградского института инженеров водного транспорта. Проходила практику на паруснике «Вега», наравне с мужчинами несла все матросские вахты, изучала штурманское дело. В мае 1941 года успешно окончила институт, но получить диплом помешала война.

С началом Великой Отечественной войны работала штурманом-практикантом на одном из судов Балтийского флота. Участвовала в эвакуации раненых из Таллина в августе 1941 года. В феврале 1942 года сдала выпускные экзамены на инженера-судоводителя, получила диплом штурмана малого плавания и направление в Северное морское пароходство, город Архангельск. С августа 1942 года работала на теплоходе «Двина» четвёртым штурманом, затем третьим помощником капитана.

Первый дальний рейс совершила в ноябре 1942 года — январе 1943 года. После неудачной попытки пройти Северным морским путём теплоход «Двина» с грузом марганцевой руды совершил одиночный переход в США, через Исландию и Северную Атлантику

В 1945 году получила диплом штурмана дальнего плавания. С 1947 года была капитаном китобойного судна «Шторм» в составе Курильской китобойной флотилии. Вместе с другими китобоями начинает осваивать новый район промысла у Курильских островов. В 1950 году за освоение этого промысла в районах Дальнего Востока она была награждена орденом Трудового Красного Знамени.

В 1955 году стала первой в мире женщиной-капитаном большого морозильного траулера Мурманского тралового флота (МТФ). Ходила по северным морям на траулерах «Николай Островский», «Новиков-Прибой», танкере «Пирятин»... Не было случая, чтобы она не справлялась с заданием, не выполнила государственный план, допустила аварию. Заслужила авторитет творческого промысловика, умелого судоводителя, опытного организатора и воспитателя моряков.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 7 марта 1960 года в ознаменование 50-летия Международного женского дня, за выдающиеся достижения в труде и особо плодотворную общественную деятельность Орликовой Валентине Яковлевне присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».

В начале 1966 года Орликова уволилась из флота и вернулась в Москву. В 1969 году вышла на пенсию, но и после этого выходила в море на ходовые испытания судов. Валентина Яковлевна участвовала в общественной жизни, помогала воспитывать молодежь на примере лучших традиций морского и рыболовного флотов.

Умерла 31 января 1986 года. Похоронена на Ваганьковском кладбище в Москве. Рыбаки Мурманского тралового флота установили на её могиле бронзовый бюст.

В её честь назван траулер МТФ, улицы в Мурманске и Владивостоке. Ей посвящён документальный фильм «Валентина Орликова – единственная в мире женщина-капитан китобойного судна», Мурманская киностудия телевидения подготовила фильм «Памяти капитана Валентины Орликовой» (1995). В 2005 году в Мурманске на улице, названной в её честь, на доме № 40 открыта мемориальная доска.