Trên bình diện quốc tế, Valencia đã có hơn 70 lần khoác áo Ecuador kể từ khi ra mắt vào năm 2012. Anh đã đại diện cho FIFA World Cup vào các năm 2014 và 2022, và Copa América vào các năm 2015, 2016, 2019 và 2021. Với 40 bàn thắng, Valencia là tay săn bàn hàng đầu mọi thời đại của Ecuador và giữ kỷ lục ghi nhiều bàn thắng nhất tại World Cup cho Ecuador, với 6 bàn.