Tiến sĩ Valenzuela đã hoàn thành bằng MD danh dự tại Trường Y khoa Colombia vào năm 1987 và lấy bằng Tiến sĩ Khoa học Y sinh tại Đại học California, Riverside vào năm 1993. Ông theo đuổi chương trình đào tạo sau tiến sĩ và làm Giảng viên tại Khoa Dược lý tại Trung tâm Khoa học Sức khỏe của Đại học Colorado ở Denver từ năm 1993 đến năm 1998. Năm 1998, Tiến sĩ Valenzuela gia nhập Trường Y khoa của Đại học New Mexico, nơi ông hiện giữ chức Giáo sư Regents tại Khoa Khoa học Thần kinh. Ông cũng là Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Rượu của New Mexico.
Nghiên cứu chính của Tiến sĩ Valenzuela tập trung vào tác động của rượu lên sự truyền synap và tính dẻo trong quá trình phát triển. Những đóng góp quan trọng của ông đã thúc đẩy sự hiểu biết về cách rượu tác động đến sự trưởng thành của mạch thần kinh. Ngoài ra, ông là đồng chủ tịch của Khối Hệ thần kinh, Giác quan đặc biệt và Sức khỏe hành vi.
Cống hiến cho giáo dục, Tiến sĩ Valenzuela coi trọng những tương tác của mình với sinh viên y khoa, học hỏi từ những câu hỏi sâu sắc của họ và chứng kiến sự trưởng thành về sự tự tin, kỹ năng và kiến thức của họ.