Recruté comme agent libre amateur par les Mariners de Seattle le 29 août2002, Luis Valbuena évolue en Académie au Venezuela en 2003 au 2004 au sein du club de jeunes d'Aguirre, en contrat avec les Mariners pour développer au Venezuela de jeunes espoirs. A Aguirre, il est coéquipier d'Asdrubal Cabrera. Les deux joueurs deviennent amis[2].
Luis Valbuena joue en ligues mineures de 2005 à 2008[3] avant d'être appelé en Ligue majeure en . Sous l'uniforme des Mariners, il prend part à 18 matches pour 49 passages au marbre, 12 coups sûrs et une moyenne au bâton de 0,245.
Indians de Cleveland
Le 10 décembre 2008, le lanceur de relève Joe Smith (ex-Mets de New York) et Luis Valbuena signent à Cleveland à l'occasion d'un échange impliquant trois franchises et douze joueurs[4].
Au début de la saison 2009, Luis Valbuena est affecté en Triple-A chez les Columbus Clippers, club-école des Indians[5]. Il est appelé dans l'effectif actif des Indians début mai et s'installe dès lors comme titulaire, principalement au deuxième but. Il prend part à 103 matches, dont 75 comme partant.
En trois saisons à Chicago, de 2012 à 2014, Luis Valbuena est joueur de troisième but[8]. En 347 matchs joués sur ces 3 saisons, sa moyenne au bâton s'élève à ,232 avec 32 circuits et 116 points produits. En 2014, il connaît sa meilleure année à l'attaque avec des records personnels de 119 coups sûrs, 33 doubles, 4 triples, 16 circuits, 68 points marqués et 51 points produits en 149 parties jouées.
Luis Valbuena frappe 25 circuits pour les Astros en saison régulière 2015 et en ajoute un en éliminatoires, un coup de deux points contre Kansas City dans le dernier affrontement de la Série de divisions entre les deux clubs, où il est le seul joueur des Astros à avoir le moindre succès contre le lanceur des Royals, Johnny Cueto, dominant lors de cette rencontre ultime qui élimine les Astros[10].
