Nata a Correggio, in provincia di Reggio Emilia, il 15 aprile 1968, Valentina Tirelli ha iniziato i suoi studi in Scienza Naturali all’Università di Parma, per poi trasferirsi a Trieste per specializzarsi in biologia marina.
Grazie alla borsa di studio del progetto Erasmus, conseguita nel 1992, svolge la sua tesi di laurea presso il Laboratorio di Oceanografia di Villefranche sur Mer in Francia, dove tornerà dopo la laurea, conseguita nel 1993, per fare il dottorato.
Nel corso del suo lavoro di dottorato ha l’opportunità di recarsi alle isole Kerguelen (arcipelago dell’Oceano Indiano Meridionale che fa parte dei Territori subantartici francesi) dove sarà la prima italiana a trascorrere un periodo di ricerca. Nello stesso anno, il 1995, partecipa a una spedizione francese in Antartide. Tornata in Italia, sarà per quattro anni assegnista di ricerca presso l’Università degli Studi di Trieste e tornerà in Antartide, questa volta con gli italiani, nel 2001.
Dal 2006 è ricercatrice all’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale, dove si occupa dello studio dello zooplancton. Partecipa a numerose crociere in Mediterraneo e nel 2014 fa parte di una spedizione in Artico.
È autrice di numerose pubblicazioni internazionali e tra i suoi interessi di ricerca più recenti troviamo l’inquinamento da microplastiche e l’impatto delle specie aliene sull’ecosistema marino adriatico.