Fue alumno en el Conservatorio Municipal de La Habana, donde trabajó con Ángela Quintana. Fue discípulo más tarde de Zenaida Romeu y Rosario Franco, cuyas influencias considera importantes en su formación musical; graduándose de la Universidad de las Artes, ISA, de La Habana.

Estudió armonía con Federico Smith, asignatura de la que también fue discípulo de Leo Brouwer, de quien además recibió clases de contrapunto y orquestación.

En 1950, llevado por su padre, Bebo Valdés, pianista del cabaret Tropicana, a ese centro nocturno, interpretó Tres lindas cubanas, danzón, de Antonio María Romeu; el tercer movimiento de la Sonata en la, de Wolfgang Amadeus Mozart, además de blues e improvisaciones de jazz.

Además, tocó a dúo con Shile Robinson (Ray Sugar), niño de doce años, que tocaba fundamentalmente Boogie Woogie, y Chucho lo hizo tan bien como había ejecutado las otras piezas solo.

Pero en Tropicana, además, escuchó a los tamboreros Trinidad Torregrosa y Jesús Pérez, a Nat King Cole y Sarah Vaughan. Es a partir de entonces que conoce no sólo a los grandes músicos de la época, sino que entró en contacto con el mundo de lo africano, en los tambores de dos de sus más altos exponentes; todo ello después lo volcaría en su modo de hacer como compositor, pianista y director.

Se inició como pianista en 1957, en la orquesta Sabor de Cuba, dirigida por su padre, Bebo Valdés, con la que acompañó a Rolando Laserie, Fernando Álvarez y Pío Leyva.

En 1963 trabaja en la Orquesta del Teatro Musical de La Habana, paralelamente, crea Chucho Valdés y su Combo, con el cantante Amado Borcelá (Guapachá).

En 1967 se funda la Orquesta Cubana de Música Moderna, dirigida por Armando Romeu, de la que Chucho fue uno de sus fundadores. Más tarde tuvo como directores a Rafael Somavilla, Tony Taño, Manuel Duchesne Cuzán y Paquito D’ Rivera. Formó parte del conjunto instrumental Nuestro Tiempo, dirigido por Manuel Duchesne Cuzán.

En 1970 realiza su primera gira internacional, cuando participa con un quinteto, integrado por Enrique Plá, Paquito D’ Rivera, Orlando López (Cachaíto) y Oscar Valdés, en el Festival de Jazz Jamboree, Polonia, donde obtiene un rotundo triunfo con Misa negra, que interpretaron antes de la actuación del cuarteto del pianista norteamericano Dave Brubeck y el saxofonista Gerry Mulligan; en este festival, según la crítica, Chucho ocupó el quinto lugar entre los grandes pianistas de jazz del mundo, los anteriores eran Oscar Peterson, Herbie Hancock, Chick Corea y McCoy Tyner.

Chucho Valdés fue seleccionado en 1972 entre los cinco mejores pianistas de jazz del mundo, por un jurado integrado por Duke Ellington, Dave Brubeck, Miles Davis y Count Basie. El orden que ocupó cada uno fue el siguiente: Bill Evans, Herbie Hancock, Oscar Peterson, Chucho Valdés y Chick Corea.

En 1973 funda el grupo Irakere un desprendimiento de la orquesta Cubana de Música Moderna, y una escuela para los músicos. El éxito posterior de esta agrupación no fue producto de la casualidad. Irakere hizo un estudio de todo lo que estaba sucediendo y de la música popular cubana hasta ese momento. Un análisis profundo, mirando las estructuras de lo que había sucedido anteriormente, qué se podía rescatar de la tradición, de la identidad y de las raíces africanas. Un estudio de los tambores batá, arará, yuca y de toda la percusión cubana que había quedado relegada en el folclor.

Esta fusión afrocubana la incorporaron primero a la música bailable y después al jazz y se hizo casi simultánea con dos obras que marcaron pauta: Misa negra y Bacalao con pan. Esta última fue uno de los primeros números bailables, totalmente de pueblo, con tambores batá, de donde se ligó la influencia de los ritmos africanos. Misa negra fue según la historia la obra que abrió un punto de partida. Por eso obtuvo un Grammy precisamente, porque fue la luz. Fue como un punto de partida hacia un nuevo camino de las raíces africanas y de la fusión de la música del jazz de todos los elementos.

Misa negra la compuso en 1969, la estrenó con su quinteto en Polonia, 1970, y en 1971, con la orquesta Cubana de Música Moderna; en 1978 hizo una versión para la Orquesta Sinfónica de Polonia, otra, para orquesta Sinfónica de Stuttgart, con coro, 1986.

Su primera gira internacional con Irakere fue a Finlandia, 1976. Un hecho significativo en la carrera de este grupo ocurrió en 1977, con la llegada a La Habana de músicos como Dizzy Gillespie, Earl Hines (Fatha), Stan Getz, David Amram y el crítico Leonard Feather. Con ellos Irakere compartió el escenario del Teatro Mella, que motivó que en 1978, realizaran su primera gira a Estados Unidos.

Este mismo año participa en el Festival de Jazz de Newport, Nueva York, donde también se presenta en el Carnegie Hall, y en el Cellar Door, de Washington; Festival de Montreux, Suiza, y en el Jazz Jamboree’78, Polonia, Festival de Jazz, Belgrado, Yugoslavia; Festival de Jazz, México.

En 1978 ofrece un concierto con el grupo Irakere en el teatro Karl Marx, en el que el compositor y guitarrista Leo Brouwer, interpreta una versión del Concierto de Aranjuez, del compositor español Joaquín Rodrigo, además de los Preludios, del compositor brasileño Heitor Villa Lobos, Bacalao con pan, de Chucho, y otras piezas de Brouwer.

En 1979 obtiene su primer Grammy en Estados Unidos, y en Cuba, 1980, el Disco de Plata que otorga la Empresa de Grabaciones y Ediciones Musicales de Cuba, EGREM.

Ese mismo año participa en el Festival Nueva Música de Moérs, RFA, y Festival de Jazz Plaza, Cuba; en 1982, Kool Jazz Festival, Puerto Rico; 1983, Festival de Jazz de Chicago, Estados Unidos, posteriormente viaja a Londres, Inglaterra, y allí actúa en el Ronnie Scott, en el cual, desde 1987, se presenta todos los años.

Otra versión del Concierto de Aranjuez, que había interpretado Brouwer en 1978, lo repite en 1989, con Aldo Rodríguez como guitarrista, Irakere y la Orquesta Sinfónica Nacional, dirigida por Manuel Duchesne Cuzán. Ocasión en que actuaron, además, Pablo Milanés, Richard Egües, Omara Portuondo, Alina Sánchez, Carlos Embale y Santa Cruz.

Realiza otras giras a Creta, 1990; Irlanda, 1991; Escocia, 1992.

En Cuba, se ha presentado en el Festival de Música Popular Benny Moré, evento en el que ha participado, bien con Irakere, bien con un cuarteto u otros formatos instrumentales.

En 1997 ganó otro Grammy por el disco Havana, en compañía del trompetista Roy Hargrove y una banda cubano – norteamericana, y en el 2001 otro con el disco Live at the Village Vanguard (nombre del club donde ofreció el concierto); en este último disco, Chucho está acompañado por Mayra Caridad Valdés (interpreta Drume negrita, de Ernesto Grenet), Raúl Piñeda y Roberto Vizcaíno, percusión, y Francisco Rubio Pampón, bajo.

Ha actuado en el Cal State Northridge Performing Arts Center, en el Ruth B. Shannon Center for the Performing Arts, de Los Ángeles, California, acompañado por Carlos del Puerto, bajo, y Carlos Emilio Morales, guitarra, y otros miembros del grupo Irakere, además de músicos residentes en esa ciudad, como Alex Acuña, batería; Justo Almario,flauta; Luis Conte, percusión; Art Velasco, trombón, y Harry Kim, trompeta.

A obtenido todos los premios nacionales (en Cuba) y ha sido de los pocos músicos cubanos que se ha ganado todos los premios internacionales que cualquier músico de su talla musical ha querido tener.

Sin dudas uno de los mejores pianistas del mundo.