Stenina vant en olympisk sølvmedalje under vinter-OL 1960 i Squaw Valley. Hun kom på andreplass på 3 000 meter skøyter, bak Lidija Skoblikova fra Sovjetunionen. Med medaljer for både Valentina Stenina og Boris Stenin (bronse på 1 500 m) så ble de som det første ekteparet som begge tok medaljer i hurtigløp på skøyter under vinter-OL i 1960.