Pietro della Valle nació en una familia rica y noble. Pasó sus primeros años de vida en la búsqueda de la literatura y las armas. Era un hombre culto, que conocía el latín, el griego, la mitología clásica y la Biblia. También se convirtió en miembro de la Accademia degli Umoristi romana y adquirió cierta reputación como versificador y retórico. En 1611 participó en una expedición naval española contra los Estados de Berbería. Cuando Pietro se desilusionó amorosamente y empezó a considerar el suicidio, Mario Schipano, profesor de medicina en Nápoles, le sugirió la idea de viajar a Oriente. Fue Schipano quien recibió una especie de diario en cartas de los viajes de Pietro. Antes de abandonar Nápoles, Pietro hizo voto de peregrinar a Tierra Santa, de donde derivó su sobrenombre de "Il Pellegrino". Así, a los 28 años, salió de Venecia en barco el 8 de junio de 1614 y llegó a Constantinopla; permaneció allí más de un año y adquirió buenos conocimientos de turco y un poco de árabe. El 25 de septiembre de 1615 partió a Alejandría. Por ser un noble distinguido, viajó con un séquito de nueve personas, y con todas las ventajas debidas a su rango. De Alejandría pasó a El Cairo y, tras una excursión al Monte Sinaí, salió de El Cairo hacia Tierra Santa. Llegó allí el 8 de marzo de 1616, a tiempo para participar en las celebraciones de Pascua en Jerusalén.

Después de visitar los lugares santos, Pietro viajó de Damasco a Alepo. Después de ver un retrato de la bella cristiana asiria Sitti Maani Gioerida, hija de un padre católico nestoriano y una madre armenia, fue a Bagdad y se casó con ella un mes después. Mientras estuvo en el Medio Oriente, hizo uno de los primeros registros modernos de la ubicación de la antigua Babilonia y proporcionó "descripciones notables" del sitio. También trajo a Europa ladrillos con inscripciones de Nínive y Ur, algunos de los primeros ejemplos de escritura cuneiforme disponibles para los europeos modernos. En ese momento, Bagdad estaba siendo disputada entre Turquía e Irán durante las frecuentes guerras persas-otomanas, por lo que tuvo que abandonar Bagdad el 4 de enero de 1617. Acompañado por su esposa Maani, se dirigió a Persia y visitó Hamadán e Isfahán. En el verano de 1618, se unió a Shah Abbas en una campaña en el norte de Persia. Aquí fue bien recibido en la corte y tratado como invitado del Sha.

Edición discográfica con obras de Pietro della Valle

Cuando Shah ʿAbbās regresó a sus cuarteles de invierno en Faraḥābād, Della Valle, que no se encontraba bien, fue a Isfahán, donde esperaba que los agustinos y carmelitas le devolvieran la salud. A su regreso a Isfahán empezó a pensar en volver a casa a través de la India, en lugar de volver a correr peligro en Turquía. Sin embargo, el estado de su salud y la guerra entre Persia y los portugueses en Ormuz generaron problemas. En octubre de 1621 abandonó Isfahán, visitó Persépolis y Shiraz y se dirigió a la costa. Mientras esperaba el transporte, su esposa murió poco después de dar a luz a un niño muerto. No fue hasta enero de 1623 que encontró un pasaje hacia Surat en el barco inglés Whale. Permaneció en la India hasta noviembre de 1624, siendo su cuartel general Surat y Goa. En la India, Pietro Della Valle fue presentado al rey Vekatappa Nayaka de Keladi, en el sur de la India, por Vithal Shenoy, el administrador principal de esos territorios. Los relatos de sus viajes son una de las fuentes históricas más importantes de la región. Estuvo en Mascate en enero de 1625 y en Basora en marzo. En mayo tomó la ruta del desierto hacia Alepo y abordó un barco francés en Alexandretta. Llegó a Chipre y finalmente a Roma el 28 de marzo de 1626. Allí fue recibido con muchos honores, no sólo en los círculos literarios, sino también por parte del Papa Urbano VIII, quien lo nombró caballero de su alcoba.

El resto de su vida transcurrió sin incidentes; se casó con su segunda esposa, Mariuccia (Tinatin de Ziba), una huérfana georgiana de familia noble. Había sido adoptada por su primera esposa cuando era niña, había viajado con él y era madre de catorce hijos. Murió en Roma pocos dias antes de cumplir los 66 años de edad y está enterrado en la cripta funeraria de su familia en Santa María de Ara Coeli. En 1665, la parte de sus "Viajes" que trata de la India y de su regreso se había traducido al inglés. Contienen relatos de sus discusiones con brahmanes "hindúes" sobre si los egipcios o los indios fueron los primeros en idear el concepto de reencarnación, un diálogo con una mujer que lo invitó a su próxima sati, una descripción de la "Reina de Olaza" descalza, que estaba en los terraplenes dando instrucciones a sus ingenieros y muchas otras piezas de etnografía de primer nivel. Además de sus actividades como etnógrafo, Della Valle también fue compositor y escritor de tratados teóricos sobre música. Él compuso varios diálogos (en realidad breves oratorios) sobre temas bíblicos. Su única obra conservada es un oratorio compuesto para l'Oratorio del Croficisso di San Marcello, donde experimenta con modos y escalas musicales inspirados en la teoría musical antigua. Para ello desarrolló dos nuevos instrumentos, como un "violone panharmonico" y un "cembalo triharmonico". A pesar de su interés por las prácticas musicales antiguas, en sus escritos teóricos sobre la música (por ejemplo, "Della musica dell'età nostra che non è punto inferiore, anzi è migliore di quella dell'età passata", Roma 1640, y "Note... sopra la musica antica e moderna, indirizzato al Sig.r Nicolò Farfaro", 1640/41), elogia la cultura musical moderna en la Roma contemporánea y defiende la música moderna frente a las críticas de Nicolò Farfaro, un músico italiano de su época.

Pietro della Valle también escribió textos y libretos para varios espectáculos musicales, como "Il carro di fedeltà d'Amore", (música de su maestro de clavecín Paolo Quagliati, interpretada en Roma en 1606 e impresa en 1611), y "La valle rinverdita" (escrito en celebración del nacimiento de su primer hijo en 1629, ahora perdido). También fue un famoso coleccionista de libros. "En una carta escrita en Damasco y Alepo, fechada el 15 de junio de 1616, Della Valle describió su alegría al encontrar a la venta algunos raros manuscritos samaritanos, algunos de ellos con glosas en árabe.