Il 23 giugno 2016, Valentine venne selezionato dai Chicago Bulls alla quattordicesima scelta assoluta al Draft 2016. Il 16 Luglio 2016, Denzel Valentine firmò il suo contratto con i tori, diventando così un giocatore della franchigia dell'Illinois a tutti gli effetti. Due giorni dopo segnò il jumper della vittoria allo scadere della finale di NBA Summer League contro i Minnesota Timberwolves. Esordì in NBA nella seconda gara della stagione il 30 ottobre 2016 contro gli Indiana Pacers. In quella gara effettuò un tiro (da tre) ma senza segnarlo, mettendo così a referto 0 punti.