بدأت مشاركات فالنسيا الإسباني بدوري أبطال أوروبا في موسم 1971-1972 والتي كانت تسمى في حينها بطولة الأندية الأوروبية أبطال الدوري، واستمرت المشاركة في تلك النسخة لـ 6 مباريات، قبل الخروج من الدور الثاني أمام فريق أوبيست المجري. وتواصل غياب الفريق الملقب بـ"الخفافيش" عن البطولة التي كان يتأهل إليها بطل الدوري المحلي فقط في النظام القديم حتى 1999، عندما نال المركز الرابع في الدوري الإسباني، واستفاد من الدور التأهيلي ليشارك في دوري الأبطال، وتجاوز جميع العقبات ومنها برشلونة في نصف النهائي، قبل أن يخسر النهائي أمام مواطنه ريال مدريد بثلاثة أهداف دون مقابل. وعاد فالنسيا للمشاركة في الموسم التالي مع مدربه الأرجنتيني كوبر، ووصل إلى النهائي لكنه خسر من بايرن ميونخ بركلات الترجيح بعد التعادل 1-1، وفي موسم 2002-2003 خرج من ربع النهائي أمام إنتر ميلان الإيطالي. وفي 2004-2005 ودع منافسات البطولة بشكل مبكر من مرحلة المجموعات بعد الخسارة مجددا أمام إنتر ميلان وبريمن الألماني، قبل أن يعود ليتجاوز دور المجموعات في 2006-2007، إلا أنه خسر من تشيلسي الإنجليزي في ربع النهائي. وسجل فالنسيا أسوأ مشاركة له في 2007-2008، بعد أن حل رابعا في مجموعته وشمل ذلك الخسارة مرتين أمام روزنبورغ النرويجي. وعاد الفريق الإسباني للبطولة الأوروبية 2011-2012، لكن توقعت مغامراته في دور الـ16 أمام شاكلة الألماني، بالرغم من أنه في 2010-2011 سجل أكبر فوز له بالبطولة بسبعة أهداف على جنك البلجيكي إلا أن ذلك لم يمنعه من مغادرة مرحلة المجموعات. وكان الدور الثاني أقصى ما وصل إليه فالنسيا في 2012-2013 بالخسارة أمام باريس سان جيرمان، واكتفى بالحضور في دور المجموعات في آخر مرة ظهر فيها لموسم 2015-2016. ويلتقي فالنسيا مع يوفنتوس الإيطالي يوم الأربعاء، ولم يسبق له مواجهة النادي الإيطالي في هذه المسابقة، لكن الفريق الإسباني خسر آخر 3 مواجهات له في هذه البطولة، وخمس مباريات أيضا من آخر 8 لقاءات له بالمسابقة. وكان آخر انتصار لفالنسيا على ناد إيطالي أمام روما في 2003، وآخر مباراة له مع فرق إيطالي ضد إنتر ميلان في 2007 وتجاوزه بالتعادل ذهابيا وإيابا.