Pia Valentinis è nata a Udine, ma è cagliaritana d’adozione. Si è diplomata all’Istituto d’arte di Udine e nella sua carriera ha illustrato libri per bambini con case editrici nazionali e internazionali, tra cui Rizzoli, Fabbri, Mondadori, Einaudi ragazzi, Editoriale scienza, Edizioni E.Elle, Topipittori, Orecchio Acerbo, Fatatrac, RueBallu edizioni, Edizioni Arka, Nuove edizioni romane, Motta Junior, Giunti, Treccani, Gakken (Giappone), Grimm Press (Taiwan), Grandir (Francia). Suoi libri sono stati pubblicati anche in Corea, Svizzera, Portogallo, Austria, Finlandia, Grecia, Messico.

Il suo primo libro come autrice completa è La duda, edito dalla casa editrice Libros del Zorro Rojo (2010, Spagna; tradotto in danese per Jensen & Dalgaard e in coreano per LUK books). Assieme a Giancarlo Ascari ha scritto e illustrato The green fingers of Monsieur Monet per la Royal Academy of Arts, London (2015, uscito anche in Italia per edizioni Lapis e in Francia per 5 continents editions); Yum! e Zip! per le edizioni Franco Cosimo Panini.

Ha esposto i suoi lavori in numerose mostre, collettive e personali.

Dal 2008 insegna illustrazione editoriale al Master dell'Ars in Fabula di Macerata.
Conduce laboratori di arte visiva per bambini.

Ha vinto la XXI edizione del Premio Andersen di Genova, il maggior riconoscimento italiano dedicato ai libri per ragazzi, nella categoria Miglior illustratore; con Raccontare gli alberi, illustrato assieme a Mauro Evangelista per Rizzoli, ha ottenuto nel 2012 il premio come miglior libro di divulgazione.

Nel 2014 è uscita la sua prima graphic-novel, Ferriera, edita da Coconino Press-Fandango, premiato come Miglior libro a fumetti al Premio Andersen 2015.