Valenzuela debuteerde op 24 juli 2009 in het Mexicaans voetbalelftal. Op die dag werd er na strafschoppen met 3–5 gewonnen van Costa Rica. De centrale verdediger mocht van bondscoach Javier Aguirre in de basis beginnen en hij speelde het gehele duel mee. In zowel 2009 als 2013 speelde Valenzuela mee in de finale van de Gold Cup, het tweejaarlijkse interlandtoernooi van de CONCACAF. In de play-offs verzekerde hij zich in november 2013 zich in tweeluik met Nieuw-Zeeland van deelname aan het wereldkampioenschap voetbal 2014 in Brazilië. Zowel in het Aztekenstadion als in het Westpac Stadium speelde Valenzuela de gehele wedstrijd mee. Bondscoach Herrera nam Valenzuela niet op in de selectie voor het WK. Ruim een jaar na zijn laatste interland speelde Valenzuela op 31 mei 2015 weer voor Mexico in een oefeninterland tegen Guatemala (3–0 winst). Enkele dagen later maakte hij in een vriendschappelijk duel tegen Peru zijn eerste interlanddoelpunt.