Né le 20 mai 1934 à Montorio al Vomano, dans les Abruzzes, Tonino Valerii étudie dès 1955 au Centre expérimental de cinématographie de Rome, ville où il s'installe durablement. Il débute au cinéma en 1963 comme coscénariste du film musical de Domenico Modugno, Tutto è musica, avant de coécrire l'année suivante La cripta e l'incubo de Camillo Mastrocinque. Peu après, Sergio Leone, futur maître du western spaghetti, le recrute comme assistant réalisateur sur ses deux premiers grands westerns, Pour une poignée de dollars et Et pour quelques dollars de plus, une expérience formatrice décisive. Il passe lui-même à la réalisation en 1966 avec Lanky, l'homme à la carabine, avant de signer en 1968 Le Dernier Jour de la colère avec Giuliano Gemma et Lee Van Cleef, western psychologique et violent porté par une musique de Riz Ortolani plus tard réutilisée par Quentin Tarantino dans Kill Bill. Il poursuit avec Texas (1969), inspiré de l'assassinat de John Fitzgerald Kennedy, puis La Horde des salopards (1972) avec James Coburn. En 1973, il réalise Mon nom est Personne, western hommage né d'une idée de Sergio Leone, réunissant Henry Fonda et Terence Hill, qui devient son film le plus célèbre. Il continue sa carrière avec des thrillers et des films plus confidentiels, avant de créer en 1996 la revue de cinéma Roseto opera prima, dédiée aux jeunes réalisateurs italiens. Il meurt le 13 octobre 2016 à Rome.
Son apprentissage auprès de Sergio Leone, dont il est l'assistant sur les deux premiers volets de la trilogie du dollar, façonne durablement son approche esthétique et narrative du western spaghetti. La psychologie des personnages et leurs relations, qu'il privilégie souvent par rapport à la pure action, témoignent d'une sensibilité plus posée que celle de nombreux réalisateurs du genre. L'atmosphère leonienne, avec ses duels étirés et ses dialogues qui claquent, irrigue l'ensemble de sa filmographie, jusque dans son chef-d'œuvre Mon nom est Personne.
Valerii développe un western plus lent et plus psychologique que celui de nombreux contemporains, privilégiant la tension entre les personnages et leur ambiguïté morale plutôt que la seule démonstration d'action, comme en témoigne Le Dernier Jour de la colère. Sa mise en scène, héritée directement de Sergio Leone, use des mêmes codes visuels, gros plans sur les regards, silences prolongés avant l'affrontement, sens aigu du cadre. Il sait également faire preuve d'un maniérisme assumé, poussant le genre du western spaghetti dans ses derniers retranchements esthétiques et philosophiques.
Tonino Valerii n'a pas reçu de récompense cinématographique internationale majeure, mais Mon nom est Personne et Le Dernier Jour de la colère sont aujourd'hui considérés comme des classiques incontournables du western spaghetti, régulièrement cités par la critique et les cinéastes qui lui ont succédé.
Sergio Leone, qui l'emploie comme assistant puis lui confie l'idée originale de Mon nom est Personne, demeure la figure tutélaire de l'ensemble de sa carrière. Le compositeur Riz Ortolani, auteur de la musique du Dernier Jour de la colère, ainsi que l'acteur Giuliano Gemma, retrouvé sur plusieurs films, comptent également parmi ses collaborateurs réguliers.
La transmission entre générations, incarnée par la relation entre un vieux pistolero fatigué et un jeune héritier de sa légende, structure ses films les plus emblématiques, du Dernier Jour de la colère à Mon nom est Personne. La corruption des élites locales et les héros s'opposant à l'ordre établi constituent également un motif récurrent de son œuvre. Valerii s'intéresse enfin au crépuscule du mythe de l'Ouest américain, qu'il traite avec une nostalgie mêlée d'ironie dans ses westerns les plus tardifs.