Valentin Lavillenie commence le saut à la perche au sein du Cognac Athletic Club sous la conduite de son père Gilles Lavillenie, puis rejoint en 2010 le groupe d'entraînement de Georges Martin à Bordeaux. En 2012, il intègre le pôle France de Clermont-Ferrand où il côtoie son frère aîné Renaud Lavillenie au Clermont Athlétisme Auvergne, entraîné successivement par Damien Inocencio puis Philippe d'Encausse[2].
En , Valentin Lavillenie porte son record personnel en salle à 5,65 m à l'occasion du Perche Elite Tour de Nevers et réalise à cette occasion les minima de qualifications pour les Championnats d'Europe en salle de Göteborg. Le lendemain, lors du meeting indoor AthléLor de Metz, il termine deuxième du concours, derrière son frère Renaud, en franchissant une barre à 5,70 m. Il réalise les minima pour les Championnats du monde en plein air de Moscou[3],[4].
Durant l'hiver 2015 il améliore son record personnel à 5,80 m, il est le deuxième Français le plus haut en activité derrière son frère Renaud, mais depuis dépassé par Kevin Menaldo et Axel Chapelle. Il termine à la sixième place des Championnats d'Europe en salle avec 5,65 m. Fin mai, il améliore son record extérieur à Eugene aux États-Unis.
Le , bien que sélectionné pour les mondiaux, Valentin Lavillenie déclare forfait pour sa participation pour cause de blessure lors de l'entraînement.
Le 19 décembre 2015, il se classe quatrième du meeting d'Aulnay-sous-Bois avec 5,61 m, derrière son frère Renaud (5,71 m), Jérôme Clavier et Kévin Menaldo (5,61 m). Début avril, pendant un stage sur l'Ile de la Réunion, Valentin Lavillenie améliore son record personnel en plein air à 5,71 m, performance qui le permet de se qualifier pour les Jeux olympiques de Rio et les Championnats d'Europe d'Amsterdam. Il confirme sa régularité en Allemagne où il franchit successivement 5,65 m puis 5,70 m à Deux-Ponts, avant d'échouer de peu à 5,81 m[8].
Le , à l'occasion du premier tour des Interclubs, Lavillenie saute 5,60 m[9] puis améliore cette marque à 5,70 m à Prague le , le plaçant à seulement un centimètre de son record en plein air[10].
Le , il devient vice-champion de France en salle à Liévin avec une barre à 5,72 m, sa deuxième meilleure performance de sa carrière[12]. Il est devancé par son frère Renaud, auteur de 5,83 m[12].
Le , lors du 1er tour des Interclubs, il se blesse lourdement à la cheville[13] qui nécessite une opération et l'insertion de dix vis[14].
Le , de retour de blessure, il égale son record personnel de 2015 avec une barre à 5,71 m[15]. Le , à Pierre-Bénite, il améliore son record personnel de dix centimètres en effaçant une barre à 5,81 m, et réalise officiellement les minimas pour les championnats du monde[16],[17]. Le , lors du meeting de Monaco, il bat son record personnel en passant 5,82 m à la première tentative[18]. Il manque cependant son concours de saut à la perche lors des championnats de France en plein air de Saint-Etienne le en échouant à trois reprises à 5,51 m[19]. Le , il se qualifie pour la deuxième finale mondiale de sa carrière aux championnats du monde de Doha après avoir passé 5,75 m dès le premier essai, tandis que son frère Renaud est lui éliminé[20],[21]. Le 1er octobre, il termine sixième de la finale du saut à la perche des Mondiaux en passant 5,70 m à son deuxième essai, réalisant son objectif d'être finaliste (top 8) de l'épreuve[22].
↑A.Rol., « Interclubs : Jimmy Vicaut et Mélina Robert-Michon reprennent en douceur », L'Equipe.fr, (lire en ligne, consulté le )
↑(cs) Eternia (www.eternia.cz), Query (www.query.cz), « Tyč M - Memoriál Josefa Odložila », Memoriál Josefa Odložila, (lire en ligne, consulté le )
↑« Mondiaux d'athlétisme: Renaud Lavillenie en finale, pas Valentin », CharenteLibre.fr, (lire en ligne, consulté le )
↑ a et b« Championnats de France en salle : Renaud et Valentin Lavillenie sur le podium du saut à la perche », france3-regions.francetvinfo, (lire en ligne, consulté le )