Après des études d’histoire de l’art et de cinéma à la Sorbonne où elle est l’élève d’Eric Rohmer, Valérie Müller travaille comme assistante de production et régisseuse dans différentes sociétés de production. Elle réalise son premier court-métrage Un matin blanc en 1995 puis La surface de réparation en 1998 avec Marion Cotillard. Dans le cadre de la collection Écrire pour de Canal+, elle réalise Les hommes s’en souviendront en 2007 où Marina Foïs incarne le rôle de Simone Veil. Son premier long-métrage Le monde de Fred sort en salle en 2014. Elle co-réalise en 2016 avec Angelin Preljocaj Polina, Danser sa vie d’après l’œuvre graphique de Bastien Vivès avec Juliette Binoche et Niels Schneider. Le film est distribué en France par UGC et dans une trentaine de pays étrangers.
Retrouvez sur KuB son documentaire Danser sa peine réalisé en 2019 qui a reçu le Grand prix national du Fipadoc 2020 et le Prix Italia 2020. Les combattantes son nouveau documentaire pour France Télévision est actuellement en montage.