Kariera reprezentacyjna W 2005 roku Valenzuela został powołany przez szkoleniowca René Isidoro Garcíę do reprezentacji Meksyku U-23 na prestiżowy towarzyski Turniej w Tulonie. Na francuskich boiskach pełnił rolę podstawowego zawodnika i kapitana swojej kadry, która zakończyła swój udział w rozgrywkach na półfinale, przegrywając w nim z Portugalią (0:1) i zajęła ostatecznie czwarte miejsce.
W seniorskiej reprezentacji Meksyku Valenzuela zadebiutował za kadencji szwedzkiego selekcjonera Svena-Görana Erikssona, 24 września 2008 w przegranym 0:1 meczu towarzyskim z Chile, w którym strzelił bramkę samobójczą decydującą o zwycięstwie przeciwników. W 2009 roku został powołany przez trenera Javiera Aguirre na Złoty Puchar CONCACAF, gdzie rozegrał dwa spotkania, a jego drużyna okazała się ostatecznie triumfatorem rozgrywek. Był bliski powołania na Mistrzostwa Świata 2010, występując regularnie w sparingach przed turniejem, jednak w ostatniej chwili razem z Adriánem Aldrete został skreślony przez Aguirre z szerokiej kadry na mundial. W 2013 roku po raz kolejny znalazł się w składzie na Złoty Puchar CONCACAF, tym razem pełniąc rolę podstawowego zawodnika i występując we wszystkich pięciu spotkaniach.