La carriera di Romain Vadeleux inizia nelle giovanili di Racing Club Arlésien e Centre National de Volley-Ball; nella stagione 2003-04 viene ingaggiato dall'Arago de Sète Volley-Ball, con cui partecipa per due anni al Pro A, il massimo campionato francese. Dopo un'annata all'Avignon Volley-Ball si trasferisce al Paris Volley, dove ottiene due scudetti consecutivi, nel campionato 2006-07 e nel 2007-08. Esordisce inoltre con la maglia della nazionale francese durante il campionato mondiale del 2006. Terminata l'esperienza parigina passa prima all'Association Sportive Cannes Volley-Ball e poi al Foyer Laïque Saint-Quentin Volley-Ball, prima di trasferirsi nel campionato italiano. Con la rappresentativa transalpina vince la medaglia d'argento al campionato europeo 2009.