En 1966-1967, comenzó su carrera televisiva como «La chica de los sueños residente» en La chica de los sueños de 1967, sustituyendo a Beverly Adams desde la primera emisión entre semana frente a los presentadores Dick Stewart y Wink Martindale, y durante ese tiempo apareció en otro programa de Chuck Barris, The Dating Game.
Valentine con Lloyd Haynes en Room 222 (1970)
En 1969, Valentine consiguió su primer papel como nueva profesora en la serie de televisión de la ABC Room 222 con Lloyd Haynes, Denise Nicholas y Michael Constantine. Fue descubierta por Gene Reynolds, el director de Room 222, que vio su sincronización de labios en los ensayos y se dio cuenta de que era divertida. Fue nominada dos veces al Emmy y una vez al Globo de Oro, ganando un Emmy en 1970 por Actriz Sobresaliente en un Papel Secundario.
Valentine protagonizó más tarde su propia serie de televisión, Karen, en 1975. Interpretó a Gidget en la película de 1969 Gidget crece, el papel principal en la aclamada historia real Muggable Mary, policía de la calle (1982) y apareció en muchas otras películas para televisión, como Las hijas de Joshua Cabe (1972), ¿Café, té o yo? (1973), The Girl Who Came Gift-Wrapped (1974), e’Lollipop (1976), Murder at the World Series (1977), Go West, Young Girl (1978) y Skeezer (1982). Valentine participó en The Hollywood Squares de 1971 a 1977, tanto en la NBC como en la red de televisión, y a menudo intercambiaba bromas con Paul Lynde. Actuó como invitada en muchas series, incluyendo Starsky & Hutch, Baretta, McMillan & Wife, Cybill y Murder, She Wrote y múltiples episodios de The Love Boat y Love, American Style. Tuvo un papel protagonista en el episodio 25 de la tercera temporada de la reposición de The Twilight Zone de 1985, titulado «Many, Many Monkeys».
Sus películas incluyen Forever Young, Forever Free (1975), Hot Lead and Cold Feet (1978), The North Avenue Irregulars (1979) y The Power Within (1995). También ha tenido muchos papeles principales en películas hechas para la televisión.
Valentine sigue trabajando en televisión y en el teatro. En 2004 coprotagonizó junto a John Larroquette la película para televisión del canal Hallmark, Wedding Daze. Ha actuado en el escenario en muchas producciones, como Romantic Comedy en Broadway y en la gira nacional, Breaking Legs en Off-Broadway y en la gira nacional, y en la producción de Los Ángeles de Steel Magnolias.