Fille du décorateur de cinéma Hans Ledersteger, l'aspirante actrice Uschi Ledersteger rebaptisée Barbara Valentin commence sa carrière sur grand écran dans Die Nackte und der Satan en 1959 au générique duquel elle n'est pas créditée. C'est sa seconde apparition au cinéma dans Un Mort dans le filet qui lui vaut la réputation définitive de " bombe sexuelle ". Les médias la surnomment alors "la Jayne Mansfield du cinéma allemand ".
Mais grâce à Rainer Werner Fassbinder qu'elle rencontre en 1972, elle rejoint la nouvelle vague allemande tout en restant cantonnée à de seconds rôles. Elle tourne ainsi avec Fassbinder dans les productions télévisées Nora Helmer (1973) et Berlin-Alexanderplatz (1980) et dans les longs métrages Tous les autres s'appellent Ali (1973), Le Droit du plus fort (1975) et Lili Marleen (1980). Dans les années 80 et 90 elle travaille beaucoup pour la télévision avant de se retirer des plateaux, affaiblie par une maladie qui finit par l'emporter.