Nació en Santiago de Compostela el 25 de noviembre de 1819, era hijo de José Valenzuela Pardo Villamarín Taboada y Ulloa y Manuela Ramona Ozores Barrio; ambos procedían de familias hidalgas de Trasdeza y Cuntis, poseían casas grandes en Arcos de Furcos, Troáns (Quinta do Areal), Vila do Baño y eran originarios del Pazo da Viña, en Santa María de Abades (Silleda). Contrajo matrimonio con Teresa Pimentel, con quien tuvo dos hijas, y se estableció en Santiago.
Antonio se matriculó en la Universidad, en Filosofía, pero al final termina estudiando Derecho y cuando su familia se trasladó a Madrid continuó sus estudios en la Universidad Central, hasta el año 1838, en que fallecieron sus padres y regresa a Santiago. Con 18 años se alista como voluntario en el Batallón Provincial de Santiago, que formaba parte del Ejército de Aragón y Valencia en la lucha contra los carlistas. Tiempo después fue nombrado por Isabel II subteniente del Batallón Provincial de Monterrey y jefe de Columnas de Operaciones en Ourense.
Terminada la guerra, en 1854 se doctoró en Derecho, aunque también estudió mineralogía y geología, a las que se dedicó desde los años de estudiante. En estos años pasaba largas temporadas en una finca que tenía la familia, Pazo da Viña, cerca de Campomarzo, al norte de A Bandeira, que influyeron hondamente en su vocación hacia los estudios del medio natural. De hecho, las descripciones que hace en sus libros de la zona Deza y Trasdeza demuestran un buen conocimiento de las mismas y una honda relación anímica con los paisajes dezanos. En 1848 fue nombrado catedrático de Historia Natural del Instituto de Pontevedra, renunciando el mismo año por no querer adherirse al gobierno del presidente Narváez. Recupera la cátedra en 1853 y comienza a impartir clases de Historia Natural, Física y Química y Agricultura. Se encargó del observatorio meteorológico de la ciudad, publicando los resultados de sus observaciones en la Revista de las Ciencias. Poseía una importante colección geológica, formada por cientos de ejemplares del país. Fue colaborador de la Sociedad Económica de Amigos del País de Santiago y participó en la organización de la Exposición Agrícola, Industrial y Artística, celebrada en Santiago. Estaba a favor de la supresión de los foros. Políticamente era de ideas liberales.
A nivel científico centró su labor en el campo de la geología y la agricultura. Destaca el estudio descriptivo del espacio geográfico que él conocía en profundidad, de acuerdo con la frase "la geografía entra por los pies". Aunque el saber geográfico se remonta a los geógrafos griegos, es en esta época cuando la geografía adquiere importancia y desarrollo debido a los geógrafos alemanes Humboldt y Carl Ritter, considerados los padres de la geografía moderna. Valenzuela es contemporáneo al ingeniero de minas y geólogo también gallego Casiano de Prado, quien participa en la Carta Geológica General del Reino. Ambos mueren en el mismo año (1866).
En España los estudios geográficos y geológicos profundos estaban hasta este momento todavía poco desarrollados. Es entre 1860-1890 cuando se produce la institucionalización de la disciplina geográfica. Por esta razón, su obra se puede considerar pionera y meritoria en este campo, adelantándose a los trabajos de los geógrafos y geólogos posteriores tan relevantes como Lucas Mallada, Hernández Pacheco, Dantín Cereceda, Eloy Bullón, Pau Vila, Amando Melón, etc. Hay que tener en cuenta que el primer Mapa Geológico de España fue publicado en 1889, en el cual colaboraron los geólogos Lucas Mallada y Hernández Pacheco, considerado este como el padre de la geología española.
Es autor de varios libros: Memoria geognóstico-agrícola de la provincia de Pontevedra, que la Real Academia de Ciencias de Madrid premió en 1855 con el nombramiento de Socio Correspondiente y con un premio en metálico, es una obra resumen de las observaciones geológicas y agronómicas del suroeste de Galicia, fruto de su actividad científica de la primera parte de su vida; por su singularidad y acierto son de destacar los análisis y descripción que hace de las rocas básicas de Merza y Campomarzo; Memoria estadística sobre la provincia de Pontevedra y el censo de 1860; Memoria agronómica o consideración sobre el mejoramiento forestal, practícala y pecuario de la provincia de Pontevedra, en ella hace un análisis de los factores que determinan el rendimiento de los árboles y los cultivo; Memoria sobre la exención temporal de impuestos, concedida a las nuevas plantaciones de olivos, viñas y árboles frutales; Observaciones meteorológicas; también escribió poesía y colaboró en varios periódicos: El País, El Progreso, El Porvenir, La Perseverancia. Inventó un aparato, el Diadisimetro, para medir la permeabilidad al agua de las tierras de labranza.
Murió muy joven, el 23 de febrero de 1866, a los 47 años en la ciudad de Pontevedra. Recibió importantes homenajes de sus amigos, uno de ellos fue la publicación de la Corona fúnebre a la memoria del Sr. D. Antonio de Valenzuela Ozores. Fue uno de los intelectuales más notables del siglo XIX, aunque no siempre suficientemente valorado.
En el libro Memoria estadística sobre la provincia de Pontevedra y el censo de 1860 aporta importantes datos estadísticos sobre la estructura de la población del nunicipio de Lalín, en 1860. Lalín y sus municipalidades (Silleda, Vila de Cruces, Golada, Dozón y Rodeiro) tenía 52.971 habitantes, de los cuales 15.699 estaban solteros, 7.141 casados y 1.536 viudos; y 18.268 solteras, 7.766 casadas, 2.261 viudas. Sabían leer y escribir 8.997 varones, 491 hembras, solamente leer 1.005 varones, 414 hembras, no sabían leer ni escribir 14.674 varones, 27.399 hembras; iban a la escuela 1.581 varones, 397 hembras; por cada 100 niños de 6 a 15 años asistían a la escuela: 14,4 varones, 3,6 hembras. Había 80 industriales, artesanos: 75 varones, 25 mujeres; 58 comerciantes. Había 2.115 pobres. La emigración era, principalmente, a Cuba y a las demás colonias españolas en América.
