De ster van Valentina Cortese rees dankzij haar rollen in de telefoni bianchi, een filmgenre ontstaan op het einde van de jaren dertig tijdens een periode van euforie, zowel in de Italiaanse filmwereld als in het ganse Italiaanse leven. Het ging om lichte romantische films vol intriges die ontstonden en weer uitdoofden aan de witte telefoon, toen een luxe-symbool. De komedies La regina di Navarra (1942) en Chi l'ha visto? (1943) waren typische films voor het begin van haar carrière. De eerste bekende film waarin ze verscheen was het historisch drama La cena delle beffe (Alessandro Blasetti, 1941).
Enkele jaren later werkte ze in het drama The Barefoot Contessa (1954) samen met topsterren zoals Ava Gardner en Humphrey Bogart en met haar landgenoot Rossano Brazzi, met wie ze al meer dan eens had gespeeld.
Terug in Italië volgde het op een roman van Cesare Pavese gebaseerde en meermaals bekroonde drama Le amiche (Michelangelo Antonioni, 1955) waarmee zij de Nastro d'argento voor beste actrice in een bijrol, haar eerste grote filmprijs, behaalde. Het jaar daarop maakte ze samen met Hollywoodveteraan Edmund Gwenn een Spaans uitstapje met de komedie Calabuch (Luis Garcia Berlanga, 1956). Eind jaren vijftig-begin jaren zestig was ze minder op het grote scherm te zien en daar had haar onfortuinlijk huwelijk met de Amerikaanse acteur Richard Basehart ook mee te maken.
In The Visit (1964), een wraakdrama naar een toneelstuk van Friedrich Dürrenmatt, kreeg ze de gelegenheid opnieuw met Anthony Quinn en met haar goede vriendin Ingrid Bergman samen te werken. Federico Fellini deed een beroep op haar voor zijn veelvuldig onderscheiden tragikomedie Giulietta degli spiriti (1965). In de Verenigde Staten vond ze in het thematisch aan The Barefoot Contessa verwante drama The Legend of Lylah Clare (1968) Kim Novak en opnieuw Ernest Borgnine op haar weg.
Vanaf de tweede helft van de jaren zeventig werden haar verschijningen op het witte doek heel schaars. Vermeldenswaardig waren haar rol van de uit de Milanese hoge burgerij stammende moeder die de homoseksualiteit van haar zoon niet kan aanvaarden in de komedie Via Montenapoleone (1987) en haar vertolking van koningin van de maan in de komische fantastische avonturenfilm The Adventures of Baron Munchausen (Terry Gilliam, 1988). Veel later schonk Zeffirelli haar nog de rol van moeder-overste in het religieus drama Storia di una capinera (1993).
Privéleven
Cortese had verscheidene relaties, onder meer met de dirigent Victor de Sabata en met de beroemde toneel- en operaregisseur Giorgio Strehler. Op de bühne van het Piccolo Teatro di Milano vertolkte ze onder meer Goldoni, Tsjechov, Pirandello en Brecht onder Strehler van wie ze jarenlang de muze was. In 1951 huwde ze met acteur Richard Basehart met wie ze de affiche deelde in de film noirHouse on Telegraph Hill. Ze kregen een zoon, de acteur Jackie Basehart. Het koppel scheidde in 1960. Daarna bleef Cortese ongehuwd.
In 2012 bracht ze haar autobiografie uit onder de titel Quanti sono i domani passati.