Valen-Sendstad ble født i Kristiania i 1918. Han gikk på Oslo katedralskole og studerte ved Universitetet i Oslo der han avla en cand.philol. (1947) og en doktorgrad (1965). Fra 1949 jobbet han som kurator for De Sandvigske Samlinger på Maihaugen i Lillehammer. I 1964 overtok han etter Sigurd Grieg som museumdirektør. Han har også forelest ved Norges Landbrukshøgskole på Ås.