Валенсия начал карьеру в эквадорском клубе «Эль Насьональ», а в 2005 году переехал в испанский клуб «Вильярреал». Однако большую часть сезона 2005/06 он провёл в аренде в клубе «Рекреативо».
3 августа 2006 года Валенсия перешёл на правах аренды в клуб английской Премьер-лиги «Уиган Атлетик», изначально на один сезон . Его дебют за «Уиган» состоялся 19 августа 2006 года в матче против «Ньюкасл Юнайтед», в котором «Уиган» проиграл со счётом 2:1. Свой первый гол за «латикс» Валенсия забил в ворота «Манчестер Сити» 21 октября 2006 года. 9 апреля 2007 года Валенсия был удалён за удар двумя ногами Вилфреда Баума в матче против «Астон Виллы».
«Уиган» продлил аренду на следующий сезон, а 18 января 2008 года Валенсия перешёл в клуб на постоянной основе, подписав контракт сроком на три с половиной года. Сумма трансфера составила, по некоторым данным, ?5 млн. В январе 2009 года главный тренер «Уигана» Стив Брюс подтвердил, что Валенсия отверг предложение испанского клуба «Реал Мадрид» о переходе в зимнее трансферное окно 2009 года.
Всего за «Уиган Атлетик» Валенсия провёл 89 матчей и забил 7 голов.
30 июня 2009 года Валенсия подписал четырёхлетний контракт с «Манчестер Юнайтед». Сумма трансфера не разглашается, однако, по некоторым сведениям, она составила около ?16 млн. Первый официальный матч в составе Юнайтед Валенсия провёл 9 августа 2009 года в матче Суперкубка Англии выйдя на замену на 62-ой минуте. Первый гол в официальных матчах забил в матче английской Премьер-лиги против «Болтона» 17 октября 2009 года. Валенсия открыл счёт забитым голам в Лиге чемпионов в победном матче против ЦСКА в «Лужниках» 21 октября 2009 года, который закончился со счётом 1:0. Валенсия был признан «игроком матча» в завершившемся победой «Юнайтед» финале Кубка Футбольной лиги 2010.
14 сентября 2010 года в матче группового этапа Лиги чемпионов против «Рейнджерс» получил перелом лодыжки. Медицинское обследование показало перелом большой и малой берцовой кости. Ожидалось, что из-за этой травмы Валенсия пропустит остаток сезона 2010/11, однако в январе 2011 года Фергюсон заявил, что эквадорец сможет вернуться на поле в конце февраля или начале марта. 12 марта 2011 года Валенсия впервые после травмы вернулся на поле, выйдя на замену Фабио да Силве в начале второго тайма матча шестого раунда Кубка Англии против «Арсенала». 19 марта 2011 года он впервые с августа 2010 года вышел в стартовом составе «Юнайтед» в Премьер-лиге в матче против «Болтона». 9 апреля он забил свой первый гол в сезоне в матче против «Фулхэма». 4 мая он забил гол в ворота немецкого «Шальке 04» в ответном полуфинальном матче Лиги чемпионов, в котором он был признан «игроком матча». 14 мая он стал первым эквадорским футболистом в истории, выигравшим английскую Премьер-лигу.
1 августа 2011 года Валенсия продлил свой контракт с «Юнайтед» до окончания сезона 2014/15.
Валенсия дебютировал за национальную сборную в отборочном матче чемпионата мира против сборной Парагвая 27 марта 2005 года. Сборная Эквадора выиграла со счётом 5:2, а Валенсия сделал голевой «дубль». Он принял участие на чемпионате мира 2006 года, по итогам которого был номинирован на включение в символическую «команду чемпионата мира» (11 лучших футболистов на каждой позиции). Он также был одним из шести номинантов на получение приза лучшему молодому игроку чемпионата мира. В Англии развернулась Интернет-кампания, участники которой отдавали голоса за Валенсию с целью не допустить победы Криштиану Роналду. Приз в итоге достался Лукасу Подольски.
(откорректировано по состоянию на 8 апреля 2012 года)
Командные достижения
Эль Насьональ
Манчестер Юнайтед
Личные достижения