Valbuena speelde oorspronkelijk voor amateurclub Langon-Castet in de CFA 2, waarna FC Libourne-Saint-Seurin hem naar de derde divisie haalde. Daar speelde hij in twee seizoenen meer dan vijftig wedstrijden en maakte hij tien doelpunten. Hij maakte zodanig veel indruk dat Olympique Marseille hem voorafgaand aan het seizoen 2006/07 naar de Ligue 1 haalde. Valbuena raakte korte tijd na aankomst geblesseerd, waardoor hij de eerste helft van het seizoen miste en de laatste maanden vooral invaller was. Voor het seizoen 2007/08 werd Eric Gerets als coach aangesteld, die een basisspeler in hem zag. Valbuena speelde uiteindelijk acht seizoenen en meer dan 240 competitiewedstrijden voor Marseille. In die tijd werd hij één keer landskampioen met de club, won hij drie keer de Coupe de la Ligue en één keer de Trophée des Champions.
Valbuena tekende in augustus 2014 een driejarig contract bij Dinamo Moskou, dat circa €7.500.000,- voor hem betaalde aan Olympique Marseille.[1] Daarmee werd hij in het volgende seizoen vierde in de Premjer-Liga. Zelf speelde hij in 25 van de dertig competitiewedstrijden dat jaar. Het bleef zijn enige seizoen in Rusland, want Valbuena tekende in augustus 2015 een driejarig contract bij Olympique Lyonnais, een grote rivaal van zijn voormalige club Olympique Marseille. Lyon betaalde circa €5.000.000,- voor hem aan Dinamo Moskou.[2] Zijn eerste wedstrijd namens Lyon tegen Marseille, een maand na zijn transfer naar Lyon, in het Stade Velodrome was daarom ook beladen en zorgde voor flinke consternatie.[3] Valbuena reikte met Olympique Lyon tot de halve finale van de UEFA Europa League en was in zijn twee seizoenen bij de club doorgaans basisspeler. Op 12 augustus 2017 tekende Valbuena voor €4.000.000,- een driejarig contract bij Fenerbahçe SK. Sinds 2019 speelt hij voor het Griekse Olympiakos Piraeus.