Луис Антонио Валенсия Москера родился 4 августа 1985 года в эквадорском городке Лаго-Агрио, который находится в тропических лесах Амазонки.

В возрасте 11 лет на Антонио, играющего с другими мальчишками на пыльном поле, обратил внимание один из скаутов футбольного клуба «Карибе Хуниор», и отметил его как перспективного юного игрока.

В 1999 году Антонио присоединился к академии футбольного клуба «Карибе Хуниор», за молодежный состав которого выступал на протяжении двух лет.

В 2001 году Валенсия перешел в футбольную академию ФК «Эль Насьональ», с которым в 2003 году подписал профессиональный контракт. За клуб Валенсия выступал на протяжении двух сезонов, провел более 80 матчей, в которых отметился 11 забитыми голами.

Летом 2005 года Антонио Валенсия подписал трехлетний контракт с испанским клубом «Вильярреал» и перебрался на Европейский континент.

Проведя в составе «Желтой субмарины» всего два матча, Валенсия был арендован андалуским клубом «Рекреативо».

Весь сезон 2005/2006 Антонио провел в составе «Рекреативо», но на поле появился всего в 14 матчах, в которых сумел отличиться одним забитым голом.

В августе 2006 года Валенсия вновь отправился в аренду. На этот раз в английский «Уиган Атлетик», который арендовал эквадорского полузащитника на 2 года. За эти два года Антонио провел в составе «латикс» 37 матчей, в которых отличился 1 забитым голом и отдал десяток голевых передач.

В 2008 году, по истечению срока аренды, боссам «Уиган Атлетик» понравилась игра Валенсии и они выкупили игрока у «Вильярреала» за 5 млн евро.

В сезоне 2008/2009 Антонио был ключевым игроком «Уигана», он принял участие в 47 играх и забил 6 голов, чем помог клубу занять 11 место в Премьер-лиге.

Летом 2009 года Валенсией заинтересовался «Манчестер Юнайтед», которому нужно было усилить линию полузащиты после ухода Криштиану Роналду. «Красные дьяволы» заплатили 16 миллионов фунтов стерлингов и подписали контракт с эквадорским футболистом на четыре года.

В свой первый сезон за «МЮ» Валенсия сыграл в 49 матчах и отличился 7 забитыми голами. Вместе с клубом Антонио занял второе место в Премьер-лиге и стал обладателем Кубка Футбольной лиги.

В начале сезона 2010/2011 Валенсия получил перелом лодыжки, из-за чего выпал из игры на полгода.

12 марта 2011 года, в матче розыгрыша Кубка Англии против «Арсенала», Антонио впервые вышел на поле после травмы.

9 апреля 2011 года Валенсия забил свой первый гол в сезоне. В победном для «МЮ» матче над «Фулхэмом», он забил один из двух безответных голов.

28 мая 2011 года Антонио в составе «Манчестера» отыграл весь финальный матч Лиги чемпионов против «Барселоны», где его команда поступилась со счетом 3:1.

Кроме серебряных медалей Лиги чемпионов, Антонио вместе «МЮ» стал победителем Премьер-лиги. Антонио стал первым эквадорским футболистом в истории, выигравшим этот трофей.

В августе 2011 года Валенсия подписал новый контракт с «Манчестером», рассчитанный до конца сезона 2014/2015.

Следующий сезон Валенсия провел на высоте. Он сыграл в 38 матчах за клуб и отличился 6 забитыми голами.

В сезоне 2012/2013 Валенсия во второй раз стал победителем Премьер-лиги.

В сезоне 2013/2014 Валенсия провел в составе «Манчестера» 44 матча, в которых отличился 4 забитыми голами. Этот сезон стал провальным для «красных дьяволов», они заняли 7 место в чемпионате и вылетели из розыгрыша Кубка Англии в третьем раунде.

21 июня 2014 года Валенсия подписал новый контракт с «МЮ», рассчитанный до 2018 года.

С 2004 по 2005 год Валенсия принял участие в 23 матчах за сборную Эквадора до 20 лет, в которых он забил 17 мячей.

В составе национальной сборной Валенсия дебютировал 27 марта 2005 года в матче отборочного турнира ЧМ-2006 против Парагвая. В матче Антонио сделал дубль, чем помог своей сборной выиграть со счетом 5:2.

Летом 2006 года в составе сборной Валенсия участвовал на Чемпионате мире, где номинировался на звание лучшего молодого футболиста турнира, которое в итоге уступил Лукасу Подольски.

В 2014 году в составе сборной Валенсия отправился на Чемпионат мира в Бразилию.