A.- A._ a travaillé au service de la société X._ du 15 juillet 1974 au 31 mars 1997. A ce titre, il était assuré contre le risque d'accident auprès de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA).
Le 21 décembre 1998, il a annoncé à la CNA qu'il avait été blessé le 14 mars 1997 : alors qu'il arbitrait un match de football, il avait ressenti une violente douleur au genou gauche en courant sur le terrain bosselé du stade. L'assuré n'ayant pas constaté d'amélioration de son état en dépit de divers traitements médicaux et de physiothérapie, il a séjourné à la clinique Y._, du 3 au 7 décembre 1998. Après avoir procédé à une arthroscopie, le docteur B._ a posé le diagnostic de douleurs persistantes au genou gauche, d'origine incertaine, et suspecté un status après élongation de l'articulation dorso-médiale du genou avec luxation ou subluxation simultanée de la rotule après lésion latérale massive du cartilage au niveau du condyle fémoral latéral (rapports des 7 et 8 décembre 1998).
La CNA a notamment requis l'avis du docteur C._, ancien médecin traitant de l'assuré. Dans un rapport du 12 février 1999, ce praticien a indiqué avoir prodigué des soins à l'intéressé depuis 1981 en raison de gonalgies gauches sur la base d'un syndrome rotulien. Confié au docteur D._ pour la mise en oeuvre d'une arthroscopie en 1982, l'assuré avait reçu des soins jusqu'en 1983. En 1991, l'intéressé avait subi une nouvelle arthroscopie, laquelle avait révélé un foyer d'ostéochondrite disséquante du condyle fémoral externe.
Par décision du 29 mars 1999, la CNA a refusé d'allouer ses prestations pour l'événement du 14 mars 1997, motif pris que l'assuré n'avait pas été victime d'un accident ni d'une lésion corporelle assimilée à un accident.
Saisie d'une opposition, la CNA l'a rejetée par décision du 10 août 1999.
B.- A._ a recouru contre cette décision devant le Tribunal cantonal des assurances du canton du Valais. La CNA a conclu au rejet du recours. A l'appui de sa détermination, elle a produit une appréciation médicale (du 23 novembre 1999) du docteur E._, spécialiste en chirurgie et médecin de sa division des accidents.
Par jugement du 21 août 2000, la juridiction cantonale a rejeté le recours dont elle était saisie.
C.- A._ interjette recours de droit administratif contre ce jugement en concluant, sous suite de dépens, à l'octroi de prestations de l'assurance-accidents pour l'événement du 14 mars 1997.
La CNA conclut au rejet du recours. Invitée à se déterminer en qualité d'intéressée, la CSS Assurance, caisse-maladie du recourant, s'en remet à justice. L'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à présenter une détermination.
Considérant en droit :
1.- a) Par un premier moyen, le recourant soutient qu'en refusant de confier une expertise à un spécialiste neutre et impartial, la juridiction cantonale a violé son droit d'être entendu. En effet, sur le vu de l'appréciation du docteur B._ (rapports des 7 et 8 décembre 1998), on devait bien admettre l'existence d'une entorse au genou avec luxation de la rotule et lésion massive du cartilage, soit une lésion assimilée à un accident au sens de l'art. 9 al. 2 OLAA. Toutefois, ajoute le recourant, constatant que les pièces versées au dossier étaient favorables à la thèse de l'assuré, la CNA a jugé utile de requérir l'avis du docteur E._. Or, sur la base du rapport "nettement plus documenté" et "motivé" de ce médecin, les premiers juges ne pouvaient être que convaincus par le point de vue de la CNA. Il leur appartenait dès lors de donner suite à sa demande de confier une expertise médicale à un spécialiste neutre et impartial, à défaut de quoi il était dans l'impossibilité de démontrer son bon droit.
b) Le droit d'être entendu - qui comprend notamment le droit pour le justiciable de fournir des preuves quant aux faits de nature à influer sur le sort de la décision (ATF 124 I 51 consid. 3a, 242 consid. 2, 124 II 137 consid. 2b, 124 V 181 consid. 1a, 375 consid. 3b et les références) - est une garantie constitutionnelle de caractère formel (art. 29 al. 2 Cst.), dont la violation doit entraîner l'annulation de la décision attaquée, indépendamment des chances de succès du recourant sur le fond (ATF 126 V 132 consid. 2b et les arrêts cités).
Toutefois, le juge peut renoncer à un complément d'instruction sans que cela entraîne une violation du droit d'être entendu au sens de l'art. 29 al. 2 Cst. (SVR 2001 IV n° 10 p. 28 consid. 4b), s'il est convaincu, en se fondant sur une appréciation consciencieuse des preuves fournies par les investigations auxquelles il doit procéder d'office, que certains faits présentent un degré de vraisemblance prépondérante et que d'autres mesures probatoires ne pourraient plus modifier cette appréciation (appréciation anticipée des preuves; Kieser, Das Verwaltungsverfahren in der Sozialversicherung, p. 212, n. 450; Kölz/Häner, Verwaltungsverfahren und Verwaltungsrechtspflege des Bundes, 2ème éd., p. 39, n. 111 et p. 117, n. 320; Gygi, Bundesverwaltungsrechtspflege, 2ème éd., p. 274; cf. aussi ATF 122 II 469 consid. 4a, 122 III 223 consid. 3c, 120 Ib 229 consid. 2b, 119 V 344 consid. 3c et la référence).
c) En l'espèce, force est de constater qu'en renonçant à compléter l'instruction par la mise en oeuvre d'une expertise médicale, les premiers juges n'ont pas violé le droit d'être entendu du recourant, dès lors que - comme le reconnaît du reste l'intéressé -, le rapport du docteur E._ était propre à emporter la conviction du juge et, partant, à rendre superflue l'administration d'autres preuves. Au demeurant, le droit pour le justiciable de fournir des preuves quant aux faits de nature à influer sur le sort de la décision ne comprend bien évidemment pas le droit d'obtenir la mise en oeuvre d'une expertise judiciaire favorable à son point de vue. Cela étant, le grief tiré d'une prétendue violation du droit d'être entendu est mal fondé.
2.- a) Le litige porte uniquement sur le point de savoir si l'affection au genou gauche présentée par le recourant constitue une lésion assimilée à un accident au sens de l'art. 9 al. 2 OLAA. Le jugement entrepris expose de manière exacte et complète les dispositions légales et réglementaires, ainsi que les principes applicables au présent cas. Il suffit donc d'y renvoyer.
b) La juridiction cantonale a considéré que les troubles dont souffre le recourant ne sont pas dus à une lésion assimilée à un accident survenue le 14 mars 1997, mais résultent d'une dégradation progressive du condyle fémoral latéral. Elle s'est fondée pour cela sur l'avis du docteur E._.
De son côté, le recourant conteste ce point de vue en se référant à l'appréciation du docteur B._, selon laquelle l'existence d'une entorse au genou gauche avec luxation de la rotule et lésion massive du cartilage présente un degré de vraisemblance confinant à la certitude (rapport du 7 décembre 1998 et rapports complémentaires des 22 juin et 16 juillet 1999). Pour justifier le caractère probant des rapports du docteur B._, le recourant allègue n'avoir aucun lien spécifique avec ce médecin, alors que le docteur E._ est lié financièrement à la CNA. Par ailleurs, ajoute-t-il, le docteur B._ a pu examiner personnellement l'état de son genou lors de l'arthroscopie pratiquée le 4 décembre 1998, le docteur E._ n'en ayant eu connaissance qu'à travers un film vidéo réalisé lors de cette intervention.
c) Les arguments invoqués par le recourant ne permettent pas que l'on s'écarte des conclusions des premiers juges. Selon la jurisprudence, en effet, ce n'est pas l'origine d'un rapport médical, mais bel et bien son contenu qui est déterminant en ce qui concerne la valeur probante (ATF 125 V 352 consid. 3a, 122 V 160 consid. 1c et les références). Par ailleurs, en présence des avis médicaux contradictoires des docteurs E._ et B._, la juridiction cantonale a correctement apprécié l'ensemble des preuves à disposition et clairement indiqué les motifs pour lesquels elle s'est fondée sur les conclusions du docteur E._ plutôt que sur celles du docteur B._ (cf. ATF 122 V 160 consid. 1c). En l'occurrence, il n'y a pas de raison de mettre en cause les conclusions des premiers juges. Au demeurant, celles-ci ne sont pas sérieusement contestées par le recourant, puisqu'il est d'avis que l'appréciation du docteur E._ ne pouvait qu'emporter la conviction des premiers juges.
d) Se fondant sur l'arrêt ATF 114 V 298, le recourant fait valoir enfin que les atteintes à la santé énumérées à l'art. 9 al. 2 let. b à h OLAA (dans sa version - applicable en l'occurrence [art. 147a OLAA] - en vigueur jusqu'au 31 décembre 1997) doivent être considérées comme des lésions assimilées à un accident même si elles sont imputables à une maladie ou à des phénomènes dégénératifs.
La jurisprudence invoquée n'est toutefois d'aucune aide pour le recourant. En effet, sur le vu de l'appréciation convaincante du docteur E._, il apparaît que l'intéressé ne présente précisément pas une des lésions mentionnées à l'art. 9 al. 2 let. b à h OLAA - en particulier un déboîtement d'articulation (let. b) -, mais que ces troubles résultent exclusivement d'un état pathologique sous la forme d'une affection du condyle fémoral latéral, affection qui avait déjà été constatée lors d'une arthroscopie réalisée en 1991.
Cela étant, l'intimée était fondée, par sa décision sur opposition du 10 août 1999, à nier le droit de l'intéressé à des prestations d'assurance.
Le jugement entrepris n'est dès lors pas critiquable et le recours se révèle mal fondé.
Par ces motifs, le Tribunal fédéral des assurances
prononce :
I. Le recours est rejeté.
II. Il n'est pas perçu de frais de justice.
III. Le présent arrêt sera communiqué aux parties, au
Tribunal cantonal des assurances du canton du Valais,
à la CSS Assurance et à l'Office fédéral des assurances
sociales.
Lucerne, le 29 janvier 2002
Au nom du
Tribunal fédéral des assurances
La Présidente de la IVe Chambre :
Le Greffier :