En 1614 Valentini fue empleado por Ferdinand II (quién era entonces Archiduque de Styria) y se trasladó a Graz. La capilla de música de la corte de Graz usó extensamente instrumentos enarmónicos, que fueron de importancia considerable para el desarrollo del estilo de Valentini; un relato contemporáneo de 1617 lo alaba como un virtuoso intérprete del clavicémbalo universal enarmónico, seu perfectum, que tenía un teclado de 77 llaves que abarcaban cuatro octavas.

En 1619 Ferdinand fue elegido Emperador del Sacro Imperio romano y se trasladó a Viena con la corte y los músicos de la capilla de Graz. Valentini sirvió como organista de la corte imperial en Viena durante varios años, luego se volvió Kapellmeister de la corte en 1626, sucediendo a Giovanni Priuli, y aceptó el puesto de director de la coral de la Michaelerkirche en Viena en 1627/8. Valentini parece haber tenido una reputación excepcional y contó con la protección de Ferdinand II y Ferdinand III (a quien enseñó música), como lo demuestran varios grandes regalos monetarios del primero y apoyo financiero para la viuda de Valentini del último. A este respecto, Valentini es similar a Johann Jakob Froberger que también era amigo íntimo personal de Ferdinand III. También parece haber sido eficaz como Kapellmeister, logrando aumentar significativamente los sueldos para los músicos de la capilla de la corte.

Por razones desconocidas, Valentini dejó de publicar su música después de 1626 (todas sus poesías, sin embargo, se publicaron después de ese año). Estuvo involucrado en la producción de las óperas vienesas más antiguas y es famoso por haber enseñado música al joven Johann Kaspar Kerll, probablemente algún tiempo durante los años 1640. Valentini mantuvo el puesto en la Michaelerkirche hasta por lo menos 1631, pero siguió siendo Kapellmeister de la corte hasta su muerte en 1649. Fue sucedido por Antonio Bertali. En el testamento dejó sus obras a Ferdinand III.

La obra de Valentini consiste en su mayor parte en tipos diferentes de música vocal: madrigales, misas, motetes y conciertos sacros. Porque no  se interesó al parecer por escribir oratorios u óperas, Valentini a veces es considerado como un compositor conservador, sobre todo cuando se le compara con Monteverdi. Esto es, sin embargo, algo erróneo, pues numerosos trabajos exhiben innovaciones considerables y elaborada experimentación. La colección "Musiche a doi voci" de 1621 es probablemente el ejemplo más famoso: no sólo contiene algunos de los ejemplos más antiguos de diálogo dramático,sino también muestra pasajes enteros en tiempo de 5/4 (Con guardo altero) y barras consecutivas de 9/8 y 7/8 ("Vanne, o cara amorosa").

De las piezas sacras  a gran escala, la "Messa, Magnificat et Jubilate Deo" de 1621 contiene tres obras anotadas para siete coros (que es la mayor cantidad de voces en obras hasta entonces publicadas) y es un ejemplo temprano de partes impresas para trompeta. El resto de las misas de Valentini exhibe rasgos comúnes a ñlas obras de otros compositores en ese género; incluyen algunas escenas de concertato conservadoras y misas parodicas poli corales. Los trabajos a pequeña escala como motetes y escenas de salmo son musicalmente más interesantes. La mayoría están escritas usan un estilo concertato moderno, con escritura instrumental virtuosística y, en algunas piezas, uso extenso de cromatismos. El motete "In te Domine speravi" es particularmente notable por ser una de las últimas composiciones con una parte escrita específicamente para viola bastarda, un tipo de viola tenor.  Los conciertos sacros de la colección "Sacri concerti" de 1625 están entre las primeras obras sacras escritas al norte de los Alpes en emplear estilo recitativo extensamente.

El "Secondo libro di madrigali" (1616) está (junto con "Musiche a doi voci" de 1621) entre los más importantes de los trabajos seculares de Valentini, pues es la primera colección publicada de madrigales que combinan voces e instrumentos. El arreglo instrumental juega papeles diversos en piezas diferentes, desde mero embellecimiento hasta completa integración en la textura polifónica de la pieza. El último estilo lo usa ampliamente en "Musiche concertate" (1619). El modelo de escritura de dúo y diálogo que se ve en "Musiche a doi voci"  recuerda los dúos del "Settimo libro de madrigali" de Monteverdi, publicado en 1619.

La colección de música de cámara de 1621, "Musica di camera", incluye piezas construidas sobre modelos de ostinato como el passamezzo, romanesca y Ruggiero.

Opacado por sus contemporáneos Claudio Monteverdi y Heinrich Schütz, Valentini es prácticamente olvidado hoy, aunque ocupó uno de los puestos musicales más prestigiosos de su tiempo. Es mejor recordado por su uso innovador de medidas asimétricas.