Nació el 16 de diciembre de 1852 en Linares.
Cursó estudios en Talca y en el Instituto Nacional de Santiago.
Ocupó la cátedra de Derecho Administrativo de la Universidad de Santiago, de la que fue rector, y más adelante ocupó la presidencia del Congreso Panamericano.
En su autoría destacan dos obras: Génesis del Estado y de sus instituciones fundamentales y Génesis del derecho y de las instituciones civiles fundamentales. Su investigación filosófica se centró en la reflexión sobre la educación en un intento de fundamentar la creación y reforma de nuevas instituciones de formación. Ciertamente, sus concepciones y planteamientos tuvieron una fuerte influencia en la organización educativa chilena. Su trabajo es una reflexión crítica acerca de las relaciones entre sociedad y educación. Letelier centra su análisis en el papel de la socialización difusa y entiende la educación como la obra hecha por y para la sociedad. En este campo destacan: Filosofía de la educación, Evolución de la historia (obra premiada, bajo el título original de Por qué se rehace la historia, en el certamen que el Congreso de Instrucción Pública convocó en 1886) y La instrucción secundaria.

Valentín Letelier falleció en Santiago el 19 de junio de 1919.