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Né à Miami, Wilmer Valderrama est le fils de Sobeida (née Aria) et Balbino A. Valderrama. Il a une sœur, Maryline, et un neveu, Christian. Il a des origines vénézuélienne et colombiennes.
Années 2000 : révélation télévisuelle et progression discrète au cinéma
L'apprenti acteur s'inscrit à des cours de théâtre afin d'assimiler la culture américaine. Il joue dans de nombreuses pièces de théâtre telles que Le Songe d'une nuit d'été, And Never Been Kissed ou encore The Impossible Years.
Il suit les conseils de son professeur et prend un agent qui lui trouve rapidement des rôles dans des séries produites par CBS ou Disney.
En 1998, il tourne le pilote d'une nouvelle sitcom, That '70s Show, qui connait un succès international auprès d'une jeune audience. Le jeune comédien se voit propulsé sur le devant de la scène, et connaît le « rêve américain » dans le rôle de Fez, durant les huit saisons du programme, jusqu'en 2006.
À l'approche de la fin de la série, en 2005, il est pressenti pour jouer dans l'adaptation cinématographique de la série CHiPs, mais le projet n'aboutit pas. À la place, il enchaîne les seconds rôles dans le thriller Fast Food Nation et la comédie Enfants non accompagnés, tous deux sortis en 2006. Il finit par se hisser dans un premier rôle en 2007 pour le film d'horreur The Dead One, qui passe inaperçu.
Entre 2011 et 2012, il fait d'abord trois apparitions dans la troisième saison de la série Royal Pains. Puis en mars de la même année, il fait partie du casting de la nouvelle série événement de la chaîne américaine NBC, Awake. Le programme est cependant arrêté au terme d'une courte saison, faute d'audience.
Après quelques apparitions dans des séries comiques - Are You There, Chelsea?, Suburgatory, Raising Hope, il intègre la distribution principale de la série anthologique d'horreur Une nuit en enfer (From Dusk till Dawn: The Series) diffusée sur El Rey. Il quitte néanmoins la série au bout de la seconde saison, fin 2015. Durant la même période, il fait des caméos dans les clips de sa compagne du moment, Demi Lovato, Really Don’t Care et Nightingale. Et parvient aussi à être à l'affiche de deux longs-métrages à petit budget : le thriller The Girl is in Trouble et la comédie musicale School Dance.
À la rentrée 2015, il rejoint une nouvelle série : l'adaptation télévisuelle du film de science-fiction Minority Report. Elle s'arrête néanmoins au bout de dix épisodes. Il rebondit aussitôt vers la douzième saison de Grey's Anatomy.
En , il se met en couple avec Mandy Moore – alors qu'elle n'a que 15 ans et lui 20. Leur relation se termine en [2]. En 2018, Mandy déclare dans une interview que Wilmer a été son « premier petit-ami » ainsi que son « premier amour », mais que ce n'est pas avec lui qu'elle a perdu sa virginité, contrairement aux dires de Wilmer dans une précédente interview[3].
En , il devient le petit-ami de Lindsay Lohan – alors âgée de 17 ans et lui 24 ans. Ils se séparent six mois plus tard, en novembre[4]. En , il commence à fréquenter Ashlee Simpson – qui est alors l'une des meilleures amies de Lindsay Lohan. Alors que Lindsay accuse son amie d’être à l'origine de leur séparation et de lui avoir volé son petit-ami, Ashlee se défend en composant la chanson Boyfriend, qui sort en single en [5].
En , il devient le compagnon de Demi Lovato, elle a alors que 17 ans et lui 29 ans[8],[9],[10]. En , ils annoncent leur séparation d'un commun accord après six ans de relation[11].
Entre février et , il fréquente Minka Kelly – alors qu'il venait de se séparer de Demi[12]. Ils se sont brièvement remis ensemble durant l'été 2016, peu après sa séparation avec Demi[13],[14].
Le , il se fiance à la mannequin américaine Amanda Pacheco – sa compagne depuis huit mois. Leur fille Nakano Oceana Valderrama nait le [15].
↑By Heidi Parker For Dailymail.com, « Minka Kelly and Wilmer Valderrama break up after getting close during Mexican holiday », Daily Mail, (lire en ligne, consulté le ).