Bien que née en France, Valérie Mairesse passe le plus clair de son enfance dans le ciné-club de son père à Casablanca. A son retour en France, elle sait déjà qu'elle veut être comédienne quand elle aura passé son bac. Elle commence par travailler à la régie pour la troupe du Splendid, grâce à laquelle elle aura ensuite son premier rôle sur les planches. Elle se voit offrir des petits rôles dans plusieurs productions françaises telles que
L'Agression (1975) de
Gérard Pirès,
Adieu poulet (1975) de
Pierre Granier-Deferre, ou encore
Calmos de
Bertrand Blier (1976).
C'est en 1977 que le cinéma lui offre son premier grand rôle dans
L'Une chante, l'autre pas d'
Agnès Varda. Les tournages s'enchaînent pour elle, on la voit la même année dans le rôle féminin principal du téléfilm
Emmenez-moi au Ritz (TV) et au cinéma dans
Repérages. En 1980, elle apparaît successivement dans deux comédies aux côtés de
Pierre Richard , tout d'abord
C'est pas moi, c'est lui où elle joue Valérie, l'amante d'
Aldo Maccione, puis
Le Coup du parapluie sous la direction de
Gérard Oury. Entre 1980 et 1981, elle s'essaie à la musique et sort trois disques.
Mais la renommée populaire arrive réellement en 1983 avec son rôle d'Isabelle Morizet dans
Banzaï de
Claude Zidi, où elle tient le haut de l'affiche au côtés de
Coluche. Le film connaît un immense succès en salle. On la voit ensuite dans la comédie
Les Frères Pétard (1986) et dans
Funny boy (1987).
Entre 1990 et 2002, Valérie Mairesse conjugue projets cinématographiques et télévisuels. Côté télévision, elle prête sa voix au téléfilm
L'Ex-femme de ma vie (TV) (1990), tourne
La Dame aux camélias (TV) (1998) de
Jean-Claude Brialy, joue une mère de jeune toxicomane dans
Mère de toxico (TV) (2000) et tient un rôle secondaire dans
Froid comme l'été (TV) (2002). Parallèlement, la comédienne continue à se représenter dans de nombreuses pièces de théâtre. Côté cinéma, elle retrouve la troupe du Splendid pour la comédie déjantée
Les Secrets professionnels du Dr Apfelglück (1991), tourne sous la direction de
Jean-Pierre Mocky dans
Ville à vendre (1991). Elle intègre le casting prestigieux d'
Un Crime au paradis (2000), campe un petit rôle dans
Après la vie (2001) et dans
Un couple épatant (2001).
On la retrouve plus récemment dans
Michou d'Auber (2005) et
Enfin veuve (2007).