Valentin Retailleau commence le cyclisme à l'UV Limoges. Il court ensuite à l'UC Confolens pendant quatre ans, en obtenant plus de 40 victoires. Chez les juniors (moins de 19 ans), il bénéficie du soutien de la BTWIN U19 Racing Team, une structure liée à l'équipe AG2R La Mondiale[1],[2].
En 2020, il s'impose à deux reprises en première catégorie, dans une saison perturbée par la pandémie de Covid-19. Lors de la saison 2021, il se distingue en devenant champion de France sur route espoirs. Il brille par ailleurs sur le Tour de Bretagne en remportant une étape et en terminant troisième du classement général. Stagiaire chez AG2R Citroën, il participe au Tour d'Allemagne, où il se classe huitième d'une étape.