Das Olympiajahr 2008 begann für Valerie Adams mit dem Titelgewinn bei den Hallenweltmeisterschaften 2008 in Valencia. Im Sommer feierte sie ihren größten Erfolg. Mit einer Weite von 20,56 m wurde sie Olympiasiegerin im Kugelstoßen bei den Olympischen Spielen in Peking. Valerie Adams war damit die erste Frau seit Yvette Williams 1952, die für Neuseeland eine olympische Goldmedaille in der Leichtathletik gewinnen konnte. Auch bei den Olympischen Spielen 2012 in London wurde Valerie Adams Goldmedaillen-Gewinnerin im Kugelstoßen; zwar hatte die Weißrussin Nadseja Astaptschuk 66 cm weiter gestoßen, wurde jedoch wegen zweier positiver Doping-Proben disqualifiziert. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro gewann sie mit einer Weite von 20,42 m die Silbermedaille hinter Michelle Carter. Bei den Olympischen Spielen in Tokio konnte sie erneut eine Medaille gewinnen, diesmal Bronze mit einer Weite von 19,62 m, hinter Olympiasiegerin Gong Lijiao (20,59 m) aus China und Raven Saunders (19,79 m) aus den USA. Während der Schlussfeier war sie die Fahnenträgerin ihrer Nation.