Nació el 12 de marzo de 1964, en Rancagua.

Hijo de Darío Valenzuela Carreño y Ema Van Treek Carrasco. Hermano de Darío Valenzuela, quién también fue alcalde de la Municipalidad de Rancagua.

Casado con Alejandra Pallamar Azúa. Padre de Amanda, Gregorio y Joaquín.

Realizó sus estudios primarios en Rancagua, en la Escuela Pública República Argentina y en el Colegio Moisés Mussa. Continuó sus estudios secundarios en el Instituto O´Higgins de los Hermanos Maristas, desde donde egresó en 1981.

Entre 1985 y 1991 estudió en la Escuela de Periodismo de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC), donde obtuvo el título correspondiente. Posteriormente, cursó un Magíster en Ciencia Política en la misma casa de estudios y obtuvo el grado de cientista político (199-2002). También cursó un Magíster en Desarrollo y Gestión Pública en la Universidad de Wisconsin en Estados Unidos (1996-1998).

En el ámbito profesional, se desempeñó como jefe de comunicaciones en el Centro de Asesoría Laboral (CEDAL). También, fue periodista colaborador del diario Fortín Mapocho, miembro del Consejo de la revista Mensaje, y cofundador del diario virtual El Rancahuaso. Junto a Gastón Rojas, formó el Instituto CRECES Capacitación Ltda., donde se desempeñó como consultor. Además, trabajó en la Fundación Friedrich Ebert, en el área de medio ambiente y desarrollo local.

Se diplomó en Comunicación para la Acción con Fernando Flores, en el curso de perfeccionamiento “REDCOM” y en Planificación Estratégica Situacional con Carlos Matus y la Fundación Friedriech Ebert de Alemania. Fue gerente y asesor de la Corporación Pro O´Higgins; miembro de la Junta Directiva y profesor de la Universidad de Rancagua; y docente en las universidades ARCIS y Diego Portales. Colaboró en el Programa Chile 2000, en la Fundación Ideas, junto a Francisco Estévez. Fue asesor de la Corporación Técnica Alemana (GTZ) en el Programa de Mejoramiento de Gestión Pública para Colombia, Guatemala, Paraguay y República Dominicana.

El año 2011 obtuvo el grado de Doctor en Historia Contemporánea en la Universidad de Valencia, España, con el trabajo: "Cristianismo, revolución y renovación en Chile. El movimiento de acción popular unitaria (MAPU) 1969-1989".

También fue académico de la Universidad Alberto Hurtado (Chile).

Inició su actividad pública como coordinador de la Pastoral Juvenil, durante el régimen de Augusto Pinochet Ugarte. En 1980 fue detenido por primera vez, por promocionar el encuentro Canto y Verdad. Durante su época universitaria fue delegado de curso, presidente del Centro de Alumnos, y, en 1985, vicepresidente de la primera Federación de Estudiantes de la Universidad Católica (FEUC) electa democráticamente. En esta época, fue detenido en cinco oportunidades por encabezar protestas pacíficas permaneciendo preso en la Penitenciaría de Santiago.

Fue presidente de la Juventud del Movimiento de Acción Popular Unitaria (MAPU) y miembro de la Comisión Política. También fue vicepresidente de la Unión de Juventudes por el Socialismo (UJS). Fue subcoordinador nacional del Comando Juvenil Por el NO.

En 1987 participó en el grupo de fundadores del Partido por la Democracia (PPD), y en 2000 fue electo secretario general de la colectividad.

En 1992, a los 28 años de edad, fue electo alcalde de Rancagua, cargo que mantuvo hasta 1996. Durante su gestión se abocó a resolver déficits de infraestructura de sectores rurales y populares; problemas de agua potable, alumbrado, pavimento y áreas verdes; y a dotar de adelantos modernizadores para la ciudad como la apertura de vías, del rodoviario, y del Paseo Independencia.

A principios de 2007 renunció al PPD, y junto a Fernando Flores y a Jorge Schaulsohn fundó el movimiento ChilePrimero, en el que asumió como vicepresidente. Luego de que dicha agrupación manifestara su apoyo a la candidatura presidencial de Sebastián Piñera Echenique, decidió retirarse e integró la lista parlamentaria independiente, que apoyó la candidatura presidencial de Marco Enríquez-Ominami.

En diciembre de 2009 no logró ser reelecto -por tercera vez- Diputado por la Región de O´Higgins.

Entre abril y octubre de 2014 formó parte y presidió la "Comisión Asesora Presidencial para la Descentralización y Desarrollo Regional", convocada por la Presidenta Michelle Bachelet Jeria. Este trabajo permitió el avance en autonomía y poder para buscar la equidad y el desarrollo fraterno y ambiental en todos los territorios.

En el 2017 participó en la fundación del partido Federación Regionalista Verde Social (FREVS), ocupando el cargo de primer vicepresidente.

En enero de 2021 es nominado en las primarias convencional del Frente Amplio y Chile Digno, candidato a Gobernador por la Región de O'Higgins. En las primeras elecciones democráticas para este cargo, realizadas el 15 y 16 de mayo, no logró ser electo.

El 21 de enero de 2022 fue nombrado por el Presidente electo Gabriel Boric Ministro de Agricultura. Asumió el cargo el 11 de marzo de 2022.

Ganó el concurso literario de ensayos sobre la historia de Rancagua de la Cámara de Comercio; y el de cuentos, organizado por el Sindicato Sewell y Minas.

Colaboró con el diario El Mostrador y ha sido escritor de ensayos, novelas y libros de historia contemporánea.