Licenciée au Dinamo Moscou, Valentina Rastvorova dispute l'épreuve individuelle de fleuret aux Jeux olympiques d'été de 1956 mais ne passe pas le premier tour. Elle est sacrée vice-championne olympique en fleuret individuel et championne olympique par équipe aux Jeux olympiques d'été de 1960 à Rome. Aux Jeux olympiques d'été de 1964 à Tokyo, elle remporte la médaille d'argent en fleuret par équipe et ne passe pas le premier tour de l'épreuve individuelle[2].