在苏联航天员数次成功飞天之后,苏联航天之父谢尔盖·科罗廖夫(Sergey Korolyov)有了将女性航天员送入太空的想法。选拔工作从1962年开始,对候选人的要求如下:会跳伞的女性,年龄30岁以下,身高170厘米以下,体重不超过70公斤。从上百名候选人中只选出了五人,其中之一便是瓦莲京娜·捷列什科娃。
1962年3月,捷列什科娃被编入苏联空军航天员培训中心的航天员中队,成为一名航天兵学员,并以列兵衔开始服役。
1963年6月16日,捷列什科娃乘坐“东方6号”飞船升空,在太空轨道中呆了三天,完成了人类历史上第一次女性航天员太空飞行。为了不让亲人们担心,瓦莲京娜向他们隐瞒了自己的飞行准备情况。在第一次太空飞行的当天,她告诉家人要去参加跳伞比赛,他们只是从广播中才得知了真相。
1963年6月22日,瓦莲京娜·捷列什科娃被授予苏联英雄称号。1969年,她以优异成绩从茹科夫斯基学院毕业,并获得“飞行员-航天员-工程师”资格。
1995年,她被授予少将军衔。她是俄罗斯唯一拥有将军衔的女性。
瓦莲京娜·弗拉基米罗夫娜一生都在从事社会活动,对生活向来保持着积极向上的态度。她曾经担任过苏联最高苏维埃代表、苏联最高苏维埃主席团成员,领导过苏联妇女委员会的工作。在2008-2011年期间,瓦莲京娜·捷列什科娃担任雅罗斯拉夫州议会的统一俄罗斯党议员,从2011年起担任俄罗斯国家杜马议员。
捷列什科娃结过两次婚。她的第一任丈夫是航天员安德里扬·尼古拉耶夫(Andriyan Nikolaev),育有女儿叶琳娜。第二任丈夫是尤里·沙波什尼科夫(Yury Shaposhnikov),他于1999年去世。