Mientras estudiaba Filosofía, Valeria Sarmiento pudo participar de la apertura de la carrera de Cine en la sede Valparaíso de la Universidad de Chile en 1968, donde ingresó a estudiar cine como carrera paralela. De aquellos tiempos, Sarmiento recuerda: "Era inimaginable que una mujer pensara en hacer cine (...). Los técnicos, generalmente hombres, pensaban que las mujeres no eran capaces de manejar siquiera una cámara" (Cáceres, Jenny. "Con la película clara". Qué pasa, nº1857, Santiago, 9 de diciembre de 2006, p. 133).

Desde entonces, su carrera como cineasta y montajista de documentales y películas de ficción ha sido fértil. Su primer documental data de 1972. Un sueño en colores trata la realidad de las mujeres que hacían striptease en dos de los cabarés más conocidos de la época: el Mon Bijou y el Tap Room. La temática elegida resultó bastante escandalosa para la época de la Unidad Popular, en la que las producciones documentales privilegiaban contenidos políticos más vinculados con la lucha de clases; parecía impensable, casi accesorio, explorar las políticas de la mujer.

Las siguientes películas fueron realizadas en codirección con Raúl Ruiz (1941-2011), a quien conoció en 1969 y que más tarde se convertiría en su esposo. Los minuteros, documental en el que un fotógrafo de plaza revela detalles de su trabajo en la calle, fue junto a Poesía popular, la teoría y la práctica, película en la que se ponen de manifiesto dos visiones sobre la poesía popular, la primera experta del Conservatorio Nacional y otra desde un poeta popular que habita un lugar de extrema pobreza, y Nueva Canción chilena, un proyecto de tres documentales encargados por Quimantú y Televisión Nacional de Chile. El último de ellos, realizado en 1973, no alcanzó a terminarse debido al Golpe de Estado, cuando Sarmiento se fue del país.

Una vez que se estableció en Francia, Valeria Sarmiento continuó ahondando en las temáticas políticas y de género. En 1975 realizó La dueña de casa, documental que mostraba cómo ciertas mujeres estaban completamente aisladas del mundo exterior en la época de la Unidad Popular. Su producción continuó con La femme au foyer (1976) y Le mal du pays (1979). En 1982 estrena El hombre cuando es hombre, que se inmiscuía en las relaciones de sujeción -violencia, poligamia, entre otras- en que se encontraba la mujer latinoamericana. Este documental, que se grabó en Costa Rica, recibió reclamos de la embajada de Costa Rica en París.

Luego de la buena acogida que El hombre cuando es hombre tuvo en Europa, Sarmiento realizó su primer largometraje de ficción. Mi boda contigo (1984) pretendía reflexionar y crear ciertas distancias con el género melodramático, específicamente con las novelas de Corín Tellado, que reinaban sobre las representaciones de la mujer. La indagación sobre el género melodramático continuó en Amelia Lopes O'Neill (1990), que grabó en Valparaíso, y Rosa la china (2002).

Sus otras películas son: Musique pour film et orquestre (1987), 90 secondes (1989), El Planeta de los niños (1991), Latin Women (1992), El derecho de soñar (1993), Elle (1994), L'inconnu d'Estrasbourg, Voyage dans le temps (1998), Mon premier french can-can (1999) y Au Louvre avec Barcelo (2004). En 2008 estrenó en Chile la película de ficción Secretos con guión de Raúl Ruiz. Esta relación creativa entre ellos no se detuvo allí; Sarmiento participó como montajista en varias películas de Ruiz.

Para Jacqueline Mouesca, Sarmiento "representa en el cine chileno ese fenómeno de insurgencia de la mujer", y si bien no es la única, es la que mejor "aparece incorporando a su trabajo de modo más preciso y continuo la preocupación específica por los problemas de la mujer" (Plano secuencia de la memoria de Chile: veinticinco años de cine chileno (1960-1985). Madrid: Eds. Del Litoral, 1988, p. 150).