Faits:
A. F._, né en 1935, a une formation de technicien en génie civil. A l'âge de 20 ans, le 22 octobre 1955, il a été victime d'un accident - une chute d'une cabine téléphérique - qui lui avait occasionné un traumatisme distal du genou et de la jambe gauches. Les suites de cet accident, qui n'ont pas entraîné d'incapacité de travail durable, avaient été prises en charge à l'époque par la Caisse nationale suisse en cas d'accidents (CNA).
Après avoir atteint l'âge de la retraite, F._ a continué d'exercer une activité de surveillance de chantiers à titre indépendant. Depuis le 20 novembre 2007, il était assuré contre le risque d'accidents auprès de la CNA avec laquelle il avait conclu une convention d'assurance-accidents facultative selon la LAA.
En octobre 2008, F._ a annoncé à la CNA qu'il avait subi un accident le 30 septembre 2008. Il avait perdu l'équilibre après avoir posé par inadvertance son pied gauche dans une rigole, et avait fait une chute en avant, se rattrapant avec les mains. Il avait immédiatement ressenti une douleur dans toute la jambe gauche qui, les médicaments antalgiques restant sans effet, l'avait amené à consulter trois jours plus tard son médecin traitant, le docteur P._. Ce médecin l'a mis en arrêt de travail et prescrit des séances de physiothérapie. La CNA a pris en charge le cas.
Un scanner lombaire réalisé le 22 octobre 2008 a révélé une importante discarthrose avec antélisthésis de L4 sur L5 et lyse isthmique bilatérale en L5 associée, une protrusion disco-ostéophytaire calcifiée circonférentielle en L4-L5 avec sténose foraminale et canal lombaire étroit L5-S1 d'origine dégénérative. Selon un rapport du 5 novembre 2008 du docteur N._, spécialiste en neurologie, l'assuré présentait un discret syndrome lombaire et surtout une atteinte radiculaire L4-L5 déficitaire à gauche. Il était d'avis que ce syndrome radiculaire, résultant de la polypathologie en L4-L5, avait été décompensé par l'accident du 30 septembre 2008. L'assuré a ensuite été suivi par la doctoresse R._, de l'Hôpital X._, qui a fait réaliser un examen IRM le 6 janvier 2009. Dans son rapport du 12 janvier suivant, elle a indiqué que F._ souffrait d'une hernie L3-L4 entraînant un conflit avec le sac dural et la racine L4 à gauche.
Invité à donner son appréciation, le docteur E._, médecin d'arrondissement, a admis l'existence d'un rapport de causalité probable entre les troubles et l'accident du 30 septembre 2008 dans le contexte d'une aggravation d'un état antérieur, tout en réservant son avis sur le caractère durable ou non de cette aggravation. Le 22 mai 2009, le docteur O._, également médecin d'arrondissement de la CNA, a estimé qu'au vu des résultats IRM, l'assuré avait subi une aggravation passagère de troubles dégénératifs préexistants et que l'accident avait cessé de déployer ses effets au plus tard neuf mois après, les troubles persistants devant être mis sur le compte d'une pathologie qui serait devenue symptomatique même en l'absence de traumatisme.
Se fondant sur ce dernier avis, la CNA a rendu le 9 juin 2009 une décision, par laquelle elle a mis un terme au versement des prestations d'assurance avec effet au 30 juin 2009. Saisie d'une opposition, elle l'a écartée dans une nouvelle décision du 16 juillet 2009.
B. Par jugement du 27 mai 2010, la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal valaisan a rejeté le recours formé par l'assuré contre la décision sur opposition de la CNA.
C. F._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Sous suite de frais et dépens, il conclut à ce que la CNA soit condamnée à lui verser les prestations contractuelles prévues pour les suites de son accident du 30 septembre 2008.
La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à se déterminer.
Considérant en droit:
1. Le recours est dirigé contre un arrêt final (art. 90 LTF) rendu en matière de droit public (art. 82 ss LTF) par une autorité cantonale de dernière instance (art. 86 al. 1 let. d LTF). Il a été déposé dans le délai (art. 100 LTF) et la forme (art. 42 LTF) prévus par la loi. Il est donc recevable.
2. Le litige porte sur le maintien éventuel du droit du recourant à des prestations de l'assurance-accidents obligatoire au-delà du 30 juin 2009.
Lorsque sont en jeu des prestations en espèces et en nature de l'assurance-accidents, le Tribunal fédéral constate avec un plein pouvoir d'examen les faits communs aux deux objets litigieux et se fonde sur ces constatations pour statuer, en droit, sur ces deux objets. En revanche, les faits qui ne seraient pertinents que pour statuer sur le droit aux prestations en nature ne sont revus que dans les limites définies par les art. 97 al. 1 et 105 al. 2 LTF (SVR 2011 UV n° 1 p. 1, 8C_584/2009 consid. 4).
3. Le jugement entrepris expose de manière exacte et complète les principes jurisprudentiels concernant les notions de causalité naturelle et adéquate, de statu quo sine / statu quo ante, ainsi que les critères permettant de conclure à l'existence d'un tel lien en cas de hernie discale. Il suffit donc d'y renvoyer.
4. La juridiction cantonale a retenu que la hernie discale diagnostiquée chez l'assuré le 6 janvier 2009 n'avait pas été provoquée par l'accident du 30 septembre 2008, mais seulement déclenchée par celui-ci, si bien que l'assureur-accidents était uniquement tenu, selon la jurisprudence topique en la matière, de prendre en charge le syndrome douloureux lié à l'événement accidentel jusqu'au rétablissement du statu quo sine, ce que la CNA avait fait en allouant ses prestations jusqu'au 30 juin 2009 conformément à l'avis convaincant du docteur O._. Par ailleurs, il n'y avait pas d'élément permettant de démontrer que l'état dégénératif mis en évidence en octobre 2008 serait dû à l'accident survenu en 1955 et la CNA n'était pas non plus tenue à allouer des prestations à ce titre.
5. 5.1 En l'occurrence, aucun des médecins consultés par l'assuré n'a exprimé l'opinion que la hernie discale diagnostiquée le 6 janvier 2009 avait été causée par le traumatisme subi le 30 septembre 2008. Il est par ailleurs établi que cet événement n'a entraîné aucune lésion anatomique (voir le scanner lombaire et l'examen IRM). D'après la jurisprudence du Tribunal fédéral, qui se fonde sur l'expérience médicale, une aggravation post-traumatique (sans lésion structurelle associée) d'un état dégénératif antérieur de la colonne vertébrale auparavant asymptomatique cesse de produire ses effets en règle générale après six à neuf mois, voire au maximum après une année (cf. SVR 2009 UV n° 1 p. 1; voir également les arrêts 8C_314/2011 du 12 juillet 2011 consid. 7.2.3, 8C_416/2010 du 29 novembre 2010 consid. 3.3 et 8C_679/2010 du 10 novembre 2010 consid. 3.3). Aussi, ne voit-on aucune raison de s'écarter des conclusions du docteur O._, qui sont conformes à la pratique médicale entérinée par la jurisprudence. Le recourant ne peut du reste s'appuyer sur aucun avis médical contraire.
5.2 Quant à la question de savoir si la CNA est tenue d'intervenir pour l'état antérieur, il peut y être répondu par la négative. Une telle obligation supposerait que l'on se trouve en présence d'une rechute ou d'une séquelle de l'accident du 22 octobre 1955 (art. 11 OLAA). On parle de rechute ou de séquelle tardive lorsqu'une atteinte à la santé était guérie en apparence, mais non dans les faits. Il incombe à l'assuré d'établir, au degré de vraisemblance prépondérante, l'existence d'un rapport de causalité entre l'état pathologique qui se manifeste à nouveau et l'accident. Plus le temps écoulé entre l'accident et la manifestation de l'affection est long, plus les exigences quant à la preuve d'un rapport de causalité doivent être sévères (RAMA 1997 no U 275 p. 191 consid. 1c). Or, on ne trouve strictement aucun élément médical au dossier établissant un lien entre l'état pathologique constaté en 2008 et l'accident survenu 53 ans plus tôt. Contrairement à ce qu'affirme le recourant, on ne peut en particulier rien déduire dans ce sens des considérations de la doctoresse R._. Cette hypothèse est au demeurant peu vraisemblable au regard du temps qui s'est écoulé depuis, de sorte qu'il ne se justifie pas de procéder à une instruction complémentaire sur ce point comme le demande le recourant.
5.3 Compte tenu de ce qui précède, le recours se révèle mal fondé sans qu'il soit encore nécessaire d'examiner les autres griefs du recourant.
6. Vu l'issue du litige, les frais judiciaires sont mis à la charge du recourant (art. 66 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais de justice, arrêtés à 750 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal valaisan, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral de la santé publique.
Lucerne, le 3 août 2011
Au nom de la Ire Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Ursprung von Zwehl