Nata a Torino, Valeria Bruni Tedeschi si trasferisce a nove anni in Francia con la famiglia. A Nanterre, dove frequenta i corsi di teatro alla Ecole des Amandiers, conosce il regista Patrice Chéreau, che la fa esordire nel suo HÔTEL DE FRANCE (1987). Due anni dopo è in STORIA DI RAGAZZI E RAGAZZE di Pupi Avati, quindi, dividendosi tra Francia e Italia, interpreta L'HOMME QUI A PERDU SON HOMBRE, di Alain Tanner (1991), CONDANNATO A NOZZE, di Giuseppe Piccioni 1993), LE PERSONE NORMALI NON HANNO NIENTE DI ECCEZIONALE, di Laurence Ferreira Barbosa 1993), LA REGINA MARGOT , sempre di Chéreau (1994). Nel nostro paese raggiunge il grande pubblico grazie a LA SECONDA VOLTA , di Mimmo Calopresti (1995), in cui recita a fianco di Nanni Moretti: il film le fa ottenere un David di Donatello, a cui ne segue subito un secondo per LA PAROLA AMORE ESISTE, anch'esso per la regia di Calopresti.
Lavora con alcuni dei maggiori registi contemporanei europei, da Philippe Garrel LE COEUR FANTÔME, (1996) a Marco Bellocchio LA BALIA, (1999), da Claude Chabrol IL COLORE DELLA MENZOGNA, (1998) a Sharunas Bartas A CASA, (1997), da Bernardo Bertolucci (un episodio del film collettivo HISTOIRE D'EAUX, 2002) a François Ozon (CINQUEPERDUE - FRAMMENTI DI VITA AMOROSA, 2004).
Nel 2003 Valeria debutta anche dietro la cinepresa con È PIÙ FACILE PER UN CAMMELLO…, che vince il premio Louis Delluc come migliore opera. Il suo secondo film da regista è ACTRICES 2007), premio speciale della giuria nella sezione Un Certain Regard a Cannes. UN CASTELLO IN ITALIA, in concorso al 66° Festival di Cannes è stato il suo terzo film da regista.
Tra gli ultimi film come interprete ricordiamo TICKETS, di Ermanno Olmi (2005), MUNICH, di Steven Spielberg (2005), UN'OTTIMA ANNATA, di Ridley Scott (2006), L'ABBUFFATA, di Mimmo Calopresti (2007), BACIAMI ANCORA, di Gabriele Muccino (2010), TUTTI PER UNO di Romain Goupil 2011), VIVA LA LIBERTÀ di Roberto Andò (2013) e LATIN LOVER di Cristina Comencini (2015).