Valerie Koch war nach Abschluss ihrer Ausbildung an der Hochschule für Schauspielkunst Ernst Busch in Berlin u.a. am Maxim Gorki Theater Berlin, der Schaubühne Berlin, am Deutschen Theater Berlin, am Staatstheater Stuttgart und am Schauspielhaus Hamburg engagiert. Sie arbeitete dort mit Regisseuren wie Stefan Otteni, Lore Stefanek, Armin Holz, Volker Lösch, Jacqueline Kornmüller oder Erich Siedler. 2017 spielte sie bei den Nibelungenfestspielen Worms in Glut in der Regie von Nuran David Calis. Ihren ersten Kinofilm Sie haben Knut drehte sie 2002 mit Stefan Krohmer. 2006 folgte Die Anruferin in der Regie von Felix Randau. Für diese Arbeit erhielt sie 2007 den Förderpreis Deutscher Film, sowie 2008 eine Nominierung als Beste Darstellerin für den Deutschen Filmpreis. Es folgten Kinofilme u.a. mit Matthias Glasner, Jan Schomburg, Christian Petzold oder Edward Berger. Einem breiteren Fernsehpublikum wurde sie durch die Rolle Sophie in Sophie – Sissis kleine Schwester unter der Regie von Mathias Tiefenbacher bekannt. Danach folgten weitere Fernseharbeiten wie Krupp – Eine deutsche Familie und diverse Tatorte und Polizeirufe. Soeben hat sie die Dreharbeiten für den Debutfilm von Florian Dietrich Manche lernen’s nie abgeschlossen.