Después de trabajar en la Cinemateca francesa, Valérie Donzelli empieza su carrera como actriz en las películas de Anne Fontaine, Gilles Marchand y Agnès Varda. Y como si no le bastara con ser una excelente actriz, en 2009 dirige su opera prima La Reina de las manzanas, en la que actúa de protagonista, y la presenta en el Festival de Primeros Planos de Angers.

Su segundo largometraje, Declaración de guerra, conmovedor relato autobiográfico de su lucha y la de Jérémie Elkaïm contra la enfermedad de su hijo. Tras la triunfal acogida por parte de la prensa y de la crítica, se presenta en el Festival de Cannes, obtiene el  Gran Premio del Festival de cine de Cabourg, el Premio del Jurado, del Público y de los Blogueros del Festival Paris Cinéma. Los 800 000 espectadores que van a verla demuestran el enorme éxito que cosecha entre el público.

Después de estrenar en 2012 Hand in Hand con Valérie Lemercier, en 2015 presenta a concurso oficial en Cannes su última película, Margarita y Julien (Marguerite et Julien).