Valerio Adami nasce a Bologna nel 1935.
Dipinge da giovanissimo presso lo studio di Felice Carena a Venezia, città in cui conosce Oskar Kokoschka.
Nel 1952 si iscrive all'Accademia delle Belle Arti di Brera, dove segue i corsi di Achille Fusi.
Nello stesso anno si reca per la prima volta a Parigi dove conosce i pittori Matta e Wifredo Lam.
Nel 1959 tiene la sua prima mostra personale alla Galleria del Naviglio di Milano.
Nei primi anni Sessanta Adami sposa Camilla e divide la sua vita tra Italia, Londra e Parigi.
Partecipa alla mostra Anti-procès curata da Alain Juffroy a Milano e ha una sala personale a Documenta III di Kassel.
Nel '66 si reca per la prima volta a New York dove ritornerà più volte e poi a Cuba.
La Biennale di Venezia del 1968 ospita una sala a lui dedicata - il catalogo presenta uno scritto di Carlos Fuentes - e l'anno successivo il Museo de Bellas Artes di Caracas presenta una sua grande mostra personale.
Lavora alla serie di quadri LesArabes a Marrakech e nel 1970 il Musée d'Arte Moderne de la Ville de Paris gli dedica un'ampia retrospettiva.
Nel 1971 inizia una serie di dipinti dal tema politico, mentre alla fine degli anni Settanta sposterà la sua attenzione maggiormente ai soggetti mitologici.
Nel 1975 nasce la collaborazione con il filosofo e amico Jacques Derrida. Nel 1979 si susseguono le perso- nali al Museo de Arte Moderno dì Città del Messico e all'Israel Museum di Gerusalemme.
Dal 1980 inizia la collaborazione con Italo Calvino, che scrive Quattro fiabe per Valerio Adami.
Dopo un lungo viaggio in India, Adami si trasferisce nel Principato di Monaco. Realizza otto vetrate monumentali per l'Hotel de Ville a Vitry-sur- Seine. Nel 1985 il Centro Pompidou presenta una sua importante retrospettiva, trasferita l'anno successivo al Palazzo Reale di Milano.
Dal 1987 realizza esposizioni nelle maggiori capitali dei paesi nordici come Oslo, Copenhagen, Helsinki.
Del 1987 sono i due dipinti per la Gare d'Austerlitz a Parigi. Nel 1988 il governo francese gli commissiona il ritratto del compositore e direttore Pierre Boulez, mentre l'anno successivo, per il bicentenario della Rivoluzione, la grande tela sulla battaglia di Valmy.
Nel 1990 espone all'Espace Médicis di Bruxelles e al Centre Julio Gonzales di Valencia (Octavio Paz scrive La Linea narativa per il catalogo che accompagna quest'ultima mostra).
Del 1993 sono le grandi pitture murali per il Park Hyatt Hotel di Tokyo, secondo il progetto degli architetti Kenzo Tange e John Morford. Successivamente Adami partecipa a una sene di importanti retrospettive a Siena (1994), a Bochum (1996), a Buenos Aires (1998).
L'editore SE pubblica nel 2000 Sinopie, edizione italiana dei taccuini di Adami e nello stesso anno l'artista crea a Meina la Fondazione Europea del Disegno, dove tiene regolarmente dei seminari.
Negli ultimi anni Adami espone a Helsinki, New York, Valencia, Atene, Parigi, Madrid. Nel 2006 il Museo d'Arte Contemporanea di Lissone presenta una sua ampia retrospettiva, mentre nel 2009 inaugura insieme a Camilla la retrospettiva Camilla ADAMI Valerio presso il Palazzo della Promotrice delle Belle Arti di Torino.
Oggi Adami vive e lavora tra i suoi atelier di Parigi e Montecarlo e il suo studio in Italia.