Walter Valentini nasce a Pergola (Pesaro-Urbino) nel 1928.
La sua formazione culturale e professionale inizia alla Scuola del Libro di Urbino, luogo di conoscenza delle tecniche incisorie quali la calcografia, la litografia e la xilografia. Qui comincia a respirare aria di umanesimo e a lavorare la carta come se fosse un intreccio di fibre nervose del suo corpo. Urbino significa pittura, architettura, filosofia che, nel Quattrocento, con Federico da Montefeltro mecenate e intellettuale, trovano unità nel pensiero neoplatonico e dove Piero della Francesca, Laurana e letterati di corte progettano l’utopia. Lo spazio, il tempo, il reale si ordinano in un sistema razionale, le singole parti si relazionano al tutto attraverso la proporzionalità, che è il segno intelligibile della bellezza e del Creatore.
Negli anni ’50 si trasferisce a Milano dove ha come maestri tre grandi protagonisti del razionalismo astratto: Max Huber, Albert Steiner e Luigi Veronesi. Negli anni ’60 la sua formazione urbinate si arricchisce degli sperimentalismi e delle tensioni internazionali che confluiscono nelle gallerie e nelle riviste milanesi. Le prime grandi mostre sono a Milano presso la Galleria Vinciana (1974) e Il Milione (1982), presentate in catalogo da Guido Ballo che gli aprono le porte delle gallerie straniere e dei principali musei del mondo.
Gli elementi fondanti della sua poetica sono subito evidenti: la cultura artistica del Rinascimento, fatta di armonia e di equilibrio; il senso dello spazio e delle proporzioni proprio dell’architettura; le ricerche astratte dei costruttivisti russi e di grandi maestri dell’astrazione e dello spazialismo; l’esigenza di dare rappresentazione al finire del tempo, al cosmo, alla memoria; la suggestione e la grande sensibilità per gli stessi materiali usati (dalle carte alle superfici di legno, ai muri). Prendono vita grandi cicli di opere quali le “Stanze del tempo”, il “Muro del tempo”, che trovano nuovo sviluppo nella serie dedicata alla “Città del sole” e alla “Città ideale”, e quindi nelle grandi tavole del ciclo “Le misure, il cielo”.
Nel 1979 l’Università del Massachuttes di Boston lo invita ad un seminario nell’ambito di una mostra di artisti italiani “Birth of the work”. Nel 1982 ottiene il primo premio sia alla Biennale Internazionale di Ibiza che a quella di Listowel (Irlanda).
Nel 1983 si aggiudica il “World Print Four” Special Edition Purchase Award di San Francisco (CA), USA.
Nel 1984 gli viene assegnato il Grand Prix della X Biennale Internazionale di grafica di Cracovia, che nel 1986 gli organizza una mostra personale antologica a Cracovia e a Torun.
Nel 1987 è presente alla Galleria Gummensons Konstgallery con la mostra “La città del sole” e presenta il libro “Walter Valentini”, Casa Editrice Italica di Giacomo Oreglia, con testo in italiano e svedese di Luciano Caramel.  Sempre nel 1987 presenta la stessa mostra e lo stesso libro al Centro Culturale d’Arte Bellora di Milano.
Nel 1988 realizza una grande installazione nella “Sala dei monaci” dell’Abbazia di S. Maria in Castagnola a Chiaravalle (Ancona). Uno spazio recuperato dall’oblio in cui opera direttamente sui muri consumati dal tempo, con il suo alfabeto di linee, fili, segni e chiodi.
Nel 1989 è invitato a Lubiana, con una sala personale, alla XVIII Biennale Internazionale di Grafica. Nel medesimo anno viene allestita una mostra antologica della sua opera grafica e pittorica nel Palazzo dell’Arengo della città di Rimini. Sono del 1990 due grandi opere per l’edificio della Ashford Properties di Greenwhich, Connecticut (USA) e la mostra “Le misure, il cielo” allo Stadtmuseum di Siegburg (Germania).
Nel 1990 realizza la mostra “Le misure, il tempo” alla Panicali Fine Art di New York, la galleria che Carla Panicali ha aperto in USA dopo l’esperienza della galleria “L’isola” di Roma, dove Valentini ha esposto nel 1988.
È del 1991, l’installazione “Lo spazio, il tempo” per l’Harris Concert Hall di Aspen, Colorado (USA) e “La città ideale” per il Palazzo Montani-Antaldi, Pesaro; del 1992, l’installazione “Il labirinto della Memoria” alla Frearte di Milano. Nel 1992 è all’Asakura Museum di Tokyo.
Sempre più numerose le mostre personali in gallerie private e musei: italiani (a Milano nel 1990 e nel natio Comune di Pergola nel 1993) e stranieri (Boston, Amburgo, Colonia, New York, Monaco, Vienna, Ankara).
Tra il 1995 e il 1996 la personale “L’espace, le temps”, nella Galerie Dionne di Parigi e ancora nel 1996 partecipa alla XXXéme Prix Internazionale d’Arte Contemporanea di Montecarlo (Principato di Monaco) e ottiene il “Prix Gabriel Ollivier”.
Nel 1997 è invitato alla XLVII edizione della Biennale di Venezia, nella sezione “Unimplosive Art” (verso la nuova Classicità) e nel 1999 alla Quadriennale di Roma. Sempre nel 1999 e poi nel 2000 espone all’Istituto Italiano di Cultura di Washington, Chicago e Vancouver: “Walter Valentini nei canti di Giacomo Leopardi”.
Nel 2001 una vasta mostra antologica, “Walter Valentini. Sulle tracce dell’infinito” è allestita a Palazzo Magnani di Reggio Emilia a cura di Sandro Parmiggiani.
Nel 2005 vince il 1° premio al “56° Premio Michetti” di Francavilla al Mare. Ancora nel 2005, a Loano, è allestita a Palazzo Doria la mostra “La voce silenziosa delle stelle” a cura di Claudio Cerritelli e Gian Pietro Menzani.
Il 26 aprile 2006 viene inaugurata in Piazza S. Ambrogio a Milano la scultura “Memoria” realizzata in bronzo patinato (cm. 350x82x142) in ricordo dei caduti della Divisione Vicenza durante la campagna di Russia nel 1941-1943.
Ancora nel 2006, al Padiglione d'Arte Contemporanea (PAC) di Milano, viene presentato il libro d'arte "Mario Luzi, Walter Valentini. Vetrinetta accidentale", edito dall'Associazione "Cento Amici del Libro", con l'esposizione delle matrici e dei fogli impressi sui torchi a mano calcografici e tipografici. Si dedica inoltre, con l'ausilio del maestro d'arte Lino Reduzzi, anche nella tecnica del mosaico realizzando opere in spazi pubblici e privati.  Sempre nello stesso anno è presente alla 2000&NOVECENTO Galleria d’Arte di Reggio Emilia con la personale “Verso Aldebaran”. 
Nel 2008 allestisce a Parigi, presso la Galleria La Hune Brenner una mostra di opere su carta. Nello stesso anno gli Assessorati alla Cultura della Regione Marche e del Comune di Ancona organizzano negli splendidi e ampi spazi della Mole Vanvitelliana la mostra antologica "E' una notte stellata. Ecco il progetto" a cura di Elena Pontiggia. Contemporaneamente viene installata all'interno del tempietto (sempre del Vanvitelli) situato al centro dell'ampio cortile, la scultura in bronzo patinato "Arco del cielo” (cm. 275x35x30). Nell’occasione viene edita dall’editrice Skira un ricco catalogo che illustra cinquant’anni del suo percorso artistico.
Rilevante anche l’attività di Valentini nella realizzazione di libri d’artista - in edizioni pregiate a tiratura limitata - di testi letterari di autori classici e contemporanei, tra i quali: Tommaso Campanella, Giacomo Leopardi, Guido Ballo, Mario Luzi, Giacomo Oreglia, Basilio Reale, Robert Walser, in collaborazione con gli editori Cento Amici del Libro, Colophon, Edizioni della Pergola, Quaderni di Orfeo, Stamperia delle Palme, Unaluna, Gianpiero Zazzera, Lodi.
Nel 2013 vince il XXVIII Premio Internazionale di Grafica “DO FORNI” organizzato con la collaborazione della Fondazione Musei Civici di Venezia.
Nel 2014, alla Casa Museo di Osvaldo Licini di Monte Vidon Corrado, viene ospitata la retrospettiva “Siderea mensura” a cura di Daniela Simoni, storica dell’arte e direttrice del Centro Studi Osvaldo Licini. Sempre a luglio, nell’incantevole Borgo di Novilara, viene inaugurata l’esposizione di grandi opere grafiche “La grande misura”. Inoltre, il nuovo spazio Ca’ Pesaro, a Pesaro, inaugura la sua attività con la mostra “Promenade. Opere dal 1972 a oggi”, a cura di Roberto Budassi, storico dell’arte e professore dell’Istituto d’Arte di Urbino.
Nel giorno del suo compleanno, giovedì 22 ottobre 2015, Walter Valentini termina il ciclo “Aldebaran”, con una grande scultura in movimento in bronzo, altre sculture di diverso formato, terrecotte e opere su tavola esposte nella Galleria Marini di Milano, con la testimonianza scritta in catalogo dell’architetto Mario Botta.
E’ del febbraio 2017 la mostra “Aurea sectio librorum. Gli ex libris di Walter Valentini” a cura di Claudio Stacchi e Luigi Bergomi presso gli spazi della Biblioteca Isontina di Gorizia.
Nello stesso anno presenta “Il rigore della geometria, le fratture dell’arte” presso il Centro d’Arte Moderna e Contemporanea di La Spezia, a cura della direttrice del CAMeC Marzia Ratti, con una testimonianza di Mario Botta e i testi critici di Enzo Di Martino e Roberto Budassi.
Tra il dicembre 2018 e il febbraio 2019 si tiene alla Galleria Albani di Urbino, la mostra “… come al limitar dell’infinito tempo”.
E’ del 2019 la presentazione del libro “90” (edito da Colophonarte) per i 90 anni dell’artista presso la Galleria Cortina di Milano in cui ha luogo la mostra “Walter Valentini. Nove per Novanta”.

Walter Valentini vive e lavora a Milano.