Après avoir grandi aux quatre coins des Etats-Unis, de l’Oregon à la Californie en passant par le Michigan et le New Jersey, en raison des mutations régulières de son père, Valerie Harper pose ses valises à New York, l’endroit où elle est née, pour étudier le ballet dans une école prestigieuse de la ville. Elle débute ainsi sa carrière en tant que danseuse mais également choriste. La jeune femme évolue dans plusieurs comédies musicales sur Broadway à partir de 1959, dont Wildcat, où elle côtoie Lucille Ball, la comédienne la plus populaire de l’époque. Fascinée par le parcours de sa partenaire, elle s’inscrit à des cours de théâtre et y fait la rencontre de son futur mari, Dick Schaal, un roi en matière d’improvisation qui lui apprend les ficelles du métier. En 1968, le couple déménage à Los Angeles : Harper franchit alors une nouvelle étape de sa vie.
En 1970, alors qu’elle enchaîne les apparitions sur les planches, elle est repérée par un célèbre agent qui lui propose de passer les auditions d’une nouvelle sitcom en préparation, qui deviendra quelques mois plus tard The Mary Tyler Moore Show, l’une des séries les plus emblématiques de la télévision américaine. Pendant 4 saisons, elle campe le rôle de Rhoda Morgenstern, la flamboyante meilleure amie de l’héroïne, un personnage devenu si populaire qu’il obtient sa série dérivée, tout simplement intitulée Rhoda. Le succès est tel que le show dépasse régulièrement en audiences son aînée. 109 épisodes sont produits entre 1974 et 1978. L’actrice remporte deux Emmy Awards au passage. Les années qui suivent l’arrêt de Rhoda, elle participe essentiellement à des téléfilms et est l’invitée exceptionnelle de deux épisodes de La Croisière s’amuse.
En 1986, Harper se voit confier les rênes d’une nouvelle comédie familiale qui porte d’ailleurs son prénom : Valerie. Au terme de la deuxième saison, si les audiences sont au beau fixe, les tractations en coulisses se compliquent entre la star, NBC et Lorimar, le producteur. Les trois parties ne parvenant pas à s’entendre sur le montant de son salaire, elle est remerciée et, fait rarissime, sa série continue… sans elle ! Elle est renommée pour l’occasion Valerie’s Family lors de la troisième année, puis The Hogan Family à partir de la quatrième. Sa disparition de la distribution est expliquée par la mort de son personnage hors-caméra. Aucun retour n’est dès lors possible, d’autant qu’elle poursuit en justice Lorimar et gagne son procès quelques mois plus tard. La série s’achève en 1991 à la fin de la sixième saison.
Par la suite, elle essuie plusieurs échecs à la télévision avec des séries qui ne trouvent pas leur public. En 1997, elle incarne la mère du Docteur Mancini (Thomas Calabro) de Melrose Place au cours de deux épisodes. Deux ans après, elle donne la réplique aux héroïnes de Sex & The City le temps d’une escapade new yorkaise. En 2000, Valerie Harper et Mary Tyler Moore se retrouvent pour un téléfilm réunion spécial intitulé Mary & Rhoda, dans lequel les deux anciennes meilleures amies découvrent que, malgré la distance et les années, leur complicité est restée intact. De nombreuses sitcoms font appel à ses talents les années suivantes (70s Show, ‘til death…) et en 2011, elle interprète la tante de Susan Delfino (Teri Hatcher) dans un épisode de Desperate Housewives. En 2013, elle prête sa voix à un personnage des Simpson. Elle annonce à la même époque que le cancer qui l’a terrassée quatre ans plus tôt s’est étendu aux membranes entourant son cerveau. Les médecins ne lui donnent plus que quelques mois à vivre. Dans un élan de solidarité et d’amitié, les producteurs de la sitcom Hot In Cleveland et Betty White, la star du show, organisent un épisode exceptionnel réunissant les cinq héroïnes de The Mary Tyler Moore Show, 36 ans après leur dernière apparition commune à l’écran. Betty White, Mary Tyler Moore, Cloris Leachman et Georgia Engel entourent ainsi Valerie Harper une dernière fois dans la bonne humeur et l’émotion.