Sergio Valenzuela va obtenir el doctorat en Física l'any 2001 a la Universidad de Buenos Aires (Argentina) i va ocupar posicions investigadores a la Harvard University i al Massachusetts Institute of Technology (MIT). Des del juliol de 2008 és professor d'investigació de l'ICREA i líder del grup Física i enginyeria de nanodispositius de l'ICN2. La seva recerca se centra en les propietats úniques dels materials amb dimensions a la nanoescala, motivada tant pel seu interès científic intrínsec com pel seu potencial per a aplicacions electròniques avançades. El seu treball abasta l'espintrònica, la computació quàntica amb circuits superconductors i la metrologia quàntica. Juntament amb els seus col·laboradors, ha estat pioner en l'ús de dispositius no locals per estudiar l'efecte Hall d'espín i de termopiles per aïllar l'arrossegament de magnons en materials ferromagnètics, i ha implementat nous mètodes de control i espectroscòpia de qubits.

El prof. Valenzuela va rebre el Premi Giambiagi 2001 i el Premi IUPAP Young Scientist in Magnetism 2009 per les seves contribucions al camp de l'espintrònica, així com una ERC Consolidator Grant l'any 2012. És autor de més de 70 articles (Nature, Science, Reviews of Modern Physics, Nature Materials, Nature Physics, Nature Nanotechnology, Physical Review Letters, entre d'altres), quatre patents i cinc llibres o capítols de llibre.