En 1966-1967, elle commence sa carrière à la télévision en tant que « The Resident Dream Girl » dans The Dream Girl of 1967, remplaçant Beverly Adams dès la première émission en semaine face aux animateurs Dick Stewart et Wink Martindale, et pendant cette période, elle apparaît dans une autre émission de Chuck Barris, The Dating Game.
Valentine avec Lloyd Haynes dans Room 222 (1970)
En 1969, Valentine a obtenu son rôle décisif de nouvelle enseignante dans la série télévisée d’ABC Room 222 avec Lloyd Haynes, Denise Nicholas et Michael Constantine. Elle a été découverte par Gene Reynolds, le réalisateur de Room 222, qui l’a vue faire du playback en répétition et a réalisé qu’elle était drôle. Elle a été nommée deux fois pour un Emmy et une fois pour un Golden Globe, remportant un Emmy en 1970 pour l’actrice exceptionnelle dans un rôle de soutien.
Valentine a ensuite joué dans sa propre série télévisée, Karen, en 1975. Elle a joué le rôle de Gidget dans le film Gidget Grows Up (1969), le rôle-titre de l’histoire vraie acclamée par la critique Muggable Mary, Street Cop (1982) et est apparue dans de nombreux autres films pour la télévision, notamment 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) et Skeezer (1982). Valentine était une semi-régulière dans The Hollywood Squares de 1971 à 1977 sur NBC-TV et en syndication, échangeant souvent des plaisanteries avec Paul Lynde. Elle a joué dans de nombreuses séries, dont Starsky &Hutch, Baretta, McMillan &Wife, Cybill et Murder, She Wrote, ainsi que dans plusieurs épisodes de The Love Boat et Love, American Style. Elle a tenu un rôle principal dans le 25e épisode de la troisième saison de la reprise de 1985 de La Quatrième Dimension, intitulé « Many, Many Monkeys ».
Ses longs métrages comprennent Forever Young, Forever Free (1975), Hot Lead and Cold Feet (1978), The North Avenue Irregulars (1979) et The Power Within (1995). Elle a également eu de nombreux rôles principaux dans des téléfilms.
Valentine continue de travailler à la télévision et sur scène. Elle a partagé la vedette avec John Larroquette dans un téléfilm de la chaîne Hallmark en 2004, Wedding Daze. Elle a joué sur scène dans de nombreuses productions, notamment Romantic Comedy à Broadway et en tournée nationale, Breaking Legs Off-Broadway et en tournée nationale, et la production de Steel Magnolias à Los Angeles.