Née dans un milieu catholique bourgeois, Valérie Lemercier est le type même de la touche à tout. Cette humoriste qui s'est forgée sur la scène apparaît à la télévision dans la série Palace où elle incarne la délicieusement aristocratique Lady Palace, gardienne du bon goût. Puis le public l'entend lancer le fameux "C'est moi qui l'ai fait" dans une publicité pour une marque de pâtisserie.Valérie Lemercier débute alors sur le grand écran en 1989, avec Milou en mai de Louis Malle, où elle joue le rôle d'une bourgeoise coincée. Elle excelle tant dans ce type de rôle qu'elle en reprendra la formule pour Les Visiteurs de Jean-Marie Poiré. Entre temps, elle joue dans Operation Corned-beef du même Poiré.En entrant dans la double peau de Dame Frénégonde et de son incroyable descendante, l'inénarrable Béatrice de Montmirail, Valérie déploie tout son potentiel comique et gagne la célébrité, ainsi qu'un César pour le meilleur second rôle féminin. Cependant cet humour populaire n'est pas vraiment ce à quoi elle aspire. Lassée, elle prend ses distances avec Poiré et ses collaborateurs.Elle recherche à appliquer un humour tranchant et provocateur sur des des thèmes de société plutôt graves, tels la mort, la drogue, la mesquinerie de chacun, tout cela prenant sa source dans l'observation très précise de la vie quotidienne. C'est tout naturellement qu'elle remonte sur les planches pour faire un one woman show. Mais elle n'arrète pas pour autant de tourner puisqu'on la retrouve dans La Cité de la peur, mais aussi en névrosée dans Casque bleu de Gérard Jugnot.Après avoir tâté de la chanson avec son album Mange mes frites, elle s'essaye à la réalisation. Elle dirige Quadrille, remake du film de Sacha Guitry datant de 1937. Puis deux ans plus tard, en 1999, elle réalise Le Derriere, comédie sur les homosexuels où elle épouse les clichés pour mieux les détourner. Toujours en quête de nouvelles expériences, elle joue ensuite son premier rôle non comique dans Vendredi soir de Claire Denis.
Réalisatrice et scénariste, Lemercier s'attribue également le rôle principal de ses films. Elle incarne ainsi Armelle, princesse malgré elle dans Palais royal ! (2005), peinture décapante du monde des têtes couronnées, avec entre autres Catherine Deneuve. Devant la caméra, elle participe aussi aux films choraux Fauteuils d'orchestre (avec à la clé un nouveau César du Meilleur second rôle en 2007) et Le Héros de la famille, mais c'est elle seule qui porte de bout en bout Agathe Cléry (2008), comédie musicale d'Etienne Chatiliez sur une femme raciste qui découvre que sa peau est devenue noire.
Depuis, Valérie Lemercier semble vouloir renouer avec la comédie et son rôle de bourgeoise autoritaire à la voix haut perchée, interprétant coup sur coup la mère du très conservateur Charles dans Neuilly sa mère !, celle du Petit Nicolas dans l'adaptation de Laurent Tirard ou encore la patronne d'une agence de croisière revancharde dans la comédie au casting quatre étoiles Bienvenue à bord. Entre-temps, la comédienne effectue une brève parenthèse hors de nos frontières dans le film américain Bienvenue à Monte-Carlo, dans lequel elle s'affiche avec les idoles des plus jeunes Selena Gomez et Cory Monteith.
En 2012, elle peut être vue à la fois dans le premier film de Frédéric Beigbeder, L'Amour dure trois ans, en compagnie de la très demandée Louise Bourgoin, ainsi que dans Astérix et Obélix: Au service de sa Majesté, le quatrième film consacré aux aventures du petit Gaulois. Se focalisant sur son registre de prédilection, la comédie, Lemercier incarne la compagne de Gilles Lelouche goûtant aux joies de l'adoption dans 100% Cachemire (2013) et une femme de 50 ans contrainte de revenir chez ses parents dans Marie-Francine (2017), deux films qu'elle scénarise et met en scène.