I 1966-1967 startede hun sin tv-karriere som “The Resident Dream Girl” i The Dream Girl of 1967, hvor hun erstattede Beverly Adams fra den første udsendelse på hverdage over for værterne Dick Stewart og Wink Martindale, og i samme periode var hun med i et andet Chuck Barris-show, The Dating Game.
Valentine med Lloyd Haynes i Room 222 (1970)
I 1969 fik Valentine sit gennembrud i rollen som ny lærer i ABC tv-serien Room 222 med Lloyd Haynes, Denise Nicholas og Michael Constantine. Hun blev opdaget af Gene Reynolds, instruktøren af Room 222, som så hendes læbesynkronisering under prøverne og indså, at hun var sjov. Hun blev nomineret to gange til en Emmy og en gang til en Golden Globe og vandt en Emmy i 1970 for Outstanding Actress in a Supporting Role.
Valentine spillede senere hovedrollen i sin egen tv-serie, Karen, i 1975. Hun spillede Gidget i filmen Gidget vokser op (1969), titelrollen i den anmelderroste sande historie Muggable Mary, Street Cop (1982) og medvirkede i mange andre tv-film, herunder The Daughters of Joshua Cabe (1972), Coffee, Tea or Me? (1973), The Girl Who Came Gift-Wrapped (1974), e’Lollipop (1976), Murder at the World Series (1977), Go West, Young Girl (1978) og Skeezer (1982). Valentine var en halvregelmæssig deltager i The Hollywood Squares fra 1971 til 1977 på både NBC-TV og i syndikering, hvor hun ofte udvekslede vittigheder med Paul Lynde. Hun medvirkede som gæstestjerne i mange serier, herunder Starsky & Hutch, Baretta, McMillan & Wife, Cybill og Murder, She Wrote samt flere episoder af The Love Boat og Love, American Style. Hun havde en hovedrolle i det 25. afsnit i den tredje sæson af den tredje sæson af genoplivningen af The Twilight Zone fra 1985 med titlen “Many, Many Monkeys”.
Hendes spillefilm omfatter Forever Young, Forever Free (1975), Hot Lead and Cold Feet (1978), The North Avenue Irregulars (1979) og The Power Within (1995). Hun har også haft mange hovedroller i tv-film.
Valentine fortsætter med at arbejde i tv og på scenen. Hun spillede sammen med John Larroquette i en tv-film fra 2004 på Hallmark Channel, Wedding Daze. Hun har medvirket på scenen i mange produktioner, herunder Romantic Comedy på Broadway og National Tour, Breaking Legs Off-Broadway og National Tour og Los Angeles-produktionen af Steel Magnolias.