Interprete teatrale, televisivo e radiofonico con alcune incursioni anche sul grande schermo, è noto al grande pubblico come voce italiana di Robin Williams in gran parte dei suoi film; ha inoltre doppiato, fra gli altri, Rex in Toy Story - Il mondo dei giocattoli e nei successivi prodotti d'animazione Pixar, Ghostface nella saga cinematografica di Scream, Jim Broadbent nel ruolo di Horace Lumacorno nella serie di Harry Potter e Skaracchio Ruttans in Dragon Trainer, nonché Ken Stott nel ruolo del nano Balin nella trilogia Lo Hobbit e David Bradley nel ruolo di Lord Walder Frey nella serie TV Il Trono di Spade.
Biografia Inizia la sua carriera attoriale da bambino a Torino, partecipando a delle trasmissioni radiofoniche destinate all'infanzia; si iscrive poi all'Accademia d'arte drammatica "Silvio d'Amico" dove si diploma nel 1965. Recita con il Teatro Stabile dell'Aquila e con varie compagnie in un gran numero di spettacoli nel corso degli anni. È fra gli interpreti della miniserie televisiva La donna di picche diretta da Leonardo Cortese, di Gamma diretto da Salvatore Nocita e diverse altre produzioni televisive, fra cui lOrlando Furioso di Luca Ronconi. Sin dai primi anni settanta prende parte anche a opere di carattere poliziesco o cronachistico, fra cui Imputazione di omicidio per uno studente, pellicola diretta da Mauro Bolognini e sceneggiata da Ugo Pirro, e La contessa Lara, miniserie di Dante Guardamagna basata sulla vicenda di Evelina Cattermole.
Nel 1995 Valli è premiato con il Nastro d'argento al miglior doppiaggio maschile per aver prestato la voce a Robin Williams nel film Mrs. Doubtfire - Mammo per sempre. Ha doppiato l'attore nella maggior parte delle sue interpretazioni, venendo talvolta sostituito dal collega Marco Mete.
Tra il 1996 e il 2026 ha prestato la voce al serial killer Ghostface in tutti e sette i film di Scream. Ha doppiato in numerose interpretazioni anche gli attori Colm Meaney e Jim Broadbent.
È inoltre direttore del doppiaggio e tra i suoi numerosi lavori figurano tutti i film di Wes Anderson (escluso Asteroid City) e tutti i lungometraggi Pixar fino al 2017 (quando, a partire da Cars 3, è subentrato Massimiliano Manfredi), ad eccezione di A Bug's Life - Megaminimondo (diretto da Francesco Vairano), Ratatouille (diretto da Massimiliano Alto) e WALL•E (diretto da Carlo Cosolo).
Nel 2010 è stato premiato con il Leggio d'oro per la direzione del doppiaggio del film d'animazione Up.
Tra il 2012 e il 2014 ha doppiato Ken Stott nel ruolo di Balin nella trilogia de Lo Hobbit e nel 2015 ha recitato nella pellicola cinematografica Le leggi del desiderio, nel ruolo del padre del protagonista interpretato da Silvio Muccino.
Nel 2019 è apparso in The Nest (Il nido) di Roberto De Feo nella parte di Ettore.
Attivo anche come doppiatore di cartoni animati, ha doppiato il Gran Curatore in Futurama e nel 2023 è divenuto la nuova voce italiana di Bender, a partire dall'ottava stagione della serie.
Fra il 2023 e il 2024 è ancora protagonista a teatro in Tabú, un testo di Nicola Manzari risalente alla fine degli anni settanta e diretto, in questa versione, da Gianluigi Fogacci.
È stato socio della Società Attori Sincronizzatori e della Cast Doppiaggio e ha insegnato doppiaggio presso la scuola di doppiaggio Voice Art Dubbing.
Dal 2026 è diventato la nuova voce di Statler dei Muppets, subentrando ad Elio Zamuto.
Vita privata Ex-marito dell'attrice e doppiatrice Claudia Giannotti, si è risposato con la doppiatrice e adattatrice Cristina Giachero; dal secondo matrimonio ha avuto due figli, entrambi doppiatori: Ruggero (1998) e Arturo (2000). È appassionato di fotografia e i suoi soggetti preferiti sono i nudi artistici femminili.dal sito Fotoportale.it Fotoportale.it - Carlo Valli fotoamatore di Roma.
Filmografia Cinema Imputazione di omicidio per uno studente, regia di Mauro Bolognini (1972) Italia a mano armata, regia di Marino Girolami (1976) Viens chez moi, j'habite chez une copine, regia di Patrice Leconte (1981) Le leggi del desiderio, regia di Silvio Muccino (2015) The Nest (Il nido), regia di Roberto De Feo (2019) Der Doktor - L'ombra della morte, regia di Alessio De Bernardi (2024)
Televisione Jack e Jill, regia di Alessandro Brissoni – miniserie TV (1956) Un certo Harry Brent, regia di Leonardo Cortese – miniserie TV (1970) La donna di picche, regia di Leonardo Cortese – miniserie TV (1972) È stata una bellissima partita, regia di Fulvio Tolusso – miniserie TV (La rivincita) (1972) Orlando Furioso, regia di Luca Ronconi – miniserie TV (1974) Senza uscita, regia di Salvatore Nocita – miniserie TV (1974) La contessa Lara, regia di Dante Guardamagna – miniserie TV (1975) Tracce sulla neve, regia di Alessandro Cane – film TV (1975) Gamma, regia di Salvatore Nocita – miniserie TV (1975) Tatort – serie TV, episodio Wohnheim Westendstraße, ARD (1976). L'assassinio di Federico Garcia Lorca, regia di Alessandro Cane – miniserie TV (1976) Chi?, regia di Giancarlo Nicotra, giallo-quiz: Un covo di vipere, 17 ottobre 1976 Imputazione: duplice omicidio, 31 ottobre 1976 Reo confesso, 14 novembre 1976 Un delitto troppo perfetto, 12 dicembre 1976 Stasera alle undici, 6 gennaio 1977 Il povero soldato, regia di Mario Morini – miniserie TV (1978) Un amore di Dostoevskij, regia di Alessandro Cane – miniserie TV (1978) Così per gioco, regia di Leonardo Cortese – miniserie TV (1979) Quell'antico amore, regia di Anton Giulio Majano – miniserie TV (1981) Giallo sera, regia di Mario Caiano (1983) giallo-quiz in 10 puntate Piccolo mondo antico, regia di Salvatore Nocita – miniserie TV (1983) Un delitto – film TV, regia di Salvatore Nocita (1984)Trasmesso in due puntata il 30 settembre e il 1º ottobre 1984. Disperatamente Giulia, regia di Enrico Maria Salerno – miniserie TV (1989) Un figlio a metà, regia di Giorgio Capitani – miniserie TV (1992) Un figlio a metà - Un anno dopo, regia di Giorgio Capitani – miniserie TV (1994) Italian Restaurant – serie TV, episodio Figlio, figlio... mio? (1994) Il maresciallo Rocca – serie TV, episodio 1x02 (1996) Incantesimo 3 – soap opera (2000) Adriano Olivetti - La forza di un sogno, regia di Michele Soavi – miniserie TV (2013)
Prosa televisiva Rai Ed egli si nascose di Ignazio Silone, regia di Giacomo Colli, trasmessa il 29 aprile 1966. I giusti di Albert Camus, regia di Enrico Colosimo, trasmessa il 1º settembre 1970. Abramo Lincoln in Illinois di Robert E. Sherwood, regia di Sandro Sequi, trasmessa il 14 e 15 ottobre 1976. La bugiarda di Diego Fabbri, regia di Giancarlo Cobelli, trasmessa il 28 settembre 1979.
Cortometraggi Wind Back, regia di Andrea Carrino (2017) TOB.IA, regia di Emanuele Sana (2020) Our Good Hands, regia di Pierluigi Ferrandini (2020)
Radio L’ultimo rintocco di Jacques E. Moreau, regia di Eugenio Salussolia, 14 novembre 1954. L'orologio di Tito Guerrini e Luciano Malaspina, regia di Giacomo Colli, 13 maggio 1959. Portava una valigia di Nino Lillo, regia di Eugenio Salussolia, 2 ottobre 1959. Una voce nella vita di Ermanno Carsana, regia di Eugenio Salussolia, 8 aprile 1961. Una ragazza tra la folla di Anna Maria Dell’Acqua, regia di Ernesto Cortese, 11 dicembre 1961. Ed egli si nascose di Ignazio Silone, regia di Giacomo Colli, 29 aprile 1966. L'avventura d'un povero cristiano di Ignazio Silone, regia di Valerio Zurlini, 8 dicembre 1969. Cesare e Cleopatra di George Bernard Shaw, regia di Sandro Sequi, 28 gennaio 1974. Il diluvio di Igor' Stravinskij, 30 marzo 1974. Nathan il saggio di Gotthold Ephraim Lessing, regia di Vittorio Sermonti, 28 aprile 1976. Il naufragio dell’Ercole di Stanislao Nievo, regia di Pietro Formentini, 12 maggio 1976. La canaglia felice di Cletto Arrighi, regia di Ernesto Cortese, 15 puntate, dal 17 maggio al 4 giugno 1976. La duchessa di Amalfi di John Webster, regia di Mario Missiroli, 31 maggio 1976. Storia di Genji, il principe splendente, dal romanzo di Murasaki Shikibu, regia di Gianni Casalino, 15 puntate, dal 26 dicembre 1977 al 12 gennaio 1978. Il velocifero di Luigi Santucci, regia di Ernesto Cortese, 18 puntate, dal 17 dicembre 1979 al 5 gennaio 1980. La saga di Gilgamesh di Giovanni Pettinato e Silvia Chiodi, regia di Claudio Grimaldi, 30 puntate, dal 18 novembre al 27 dicembre 1991. Corio di Primo Levi, 20 febbraio 1992. Cristobal Colon, morte di un marinaio di Giancarlo Ragni, regia di Maddalena Fallucchi, 17 ottobre 1992. Medicina di Lu Xun, 9 novembre 1992. Il fanciullo nascosto di Grazia Deledda, 31 maggio 1993. Un uomo e una donna di Grazia Deledda, 24 settembre 1993. L’aereo della bella addormentata di Gabriel García Márquez, 1 gennaio 1995. La pace domestica di Georges Courteline, regia di Beppe Navello, 14 gennaio 1995. Voce del personaggio di Mr. Planet nella trasmissione radiofonica in onda su Radio 105, Radio Monte Carlo e Virgin Radio. Voce di pubblicità Chinò, Renault, Colussi e altre.
Teatro L'uomo, la bestia e la virtù di Luigi Pirandello, regia di Paolo Giuranna, Milano, Teatro Manzoni, 12 ottobre 1965. Ed egli si nascose di Ignazio Silone, regia di Giacomo Colli, Teatro Stabile dell’Aquila, 31 ottobre 1965. L'avventura di Maria di Italo Svevo, regia di Mario Maranzana, Spoleto, Teatro Caio Melisso, 25 giugno 1966. Ispezione di Ugo Betti, regia di Paolo Giuranna, L’Aquila, Teatro Comunale, 3 gennaio 1967. Il divorzio di Vittorio Alfieri, regia di Paolo Giuranna, Asti, Teatro Alfieri, 9 marzo 1967. Tartufo di Molière, regia di Paolo Giuranna, Roma, Teatro della Cometa, 5 marzo 1968 Discorso per la lettera a una professoressa della scuola di Barbiana e la rivolta degli studenti di Franco Enriquez e Franco Cuomo, regia di Franco Enriquez, Mestre, Teatro Corso, 19 settembre 1968. Le mosche di Jean-Paul Sartre, regia di Franco Enriquez, Vicenza, Teatro Olimpico, 27 settembre 1968. La dame de Chez Maxim, di Georges Feydeau, regia di Franco Enriquez, Milano, Teatro Lirico, 28 dicembre 1968. L'avventura d'un povero cristiano di Ignazio Silone, regia di Valerio Zurlini, San Miniato, 3 agosto 1969. Operetta di Witold Gombrowicz, regia di Antonio Calenda, Teatro Stabile dell’Aquila, 17 novembre 1969. Orestea di Eschilo, regia di Antonio Calenda, L’Aquila, Castello Cinquecentesco, 10 marzo 1970. I tre moschettieri di Alexandre Dumas padre, regia di Roger Planchon, Ferrara, Teatro Comunale, 26 novembre 1970. La locandiera di Carlo Goldoni, regia di Mario Missiroli, Firenze, Teatro della Pergola, 2 febbraio 1972. Molto rumore per nulla di William Shakespeare, regia di Mario Missiroli, Verona, Teatro Romano, 14 luglio 1972. Orestea di Eschilo, regia di Luca Ronconi, Spoleto, 1 luglio 1973. Una partita a scacchi, di Thomas Middleton, regia di Luca Ronconi, Prato, Teatro Metastasio, 6 maggio 1974. Utopia, da Aristofane, regia di Luca Ronconi, Firenze, Piazza Santa Croce, 29 agosto 1975. Sogno di una notte di mezza estate di William Shakespeare, regia di Mauro Bolognini, Verona, Teatro Romano, 19 luglio 1975. Nathan il saggio di Gotthold Ephraim Lessing, regia di Mario Missiroli, Carmagnola, Salone San Filippo, 29 luglio 1976. L'uomo difficile di Hugo von Hofmannsthal, regia di Sergio Fantoni, Bologna, Teatro Duse, 31 ottobre 1977. La bugiarda di Diego Fabbri, regia di Giancarlo Cobelli, Roma, Teatro Quirino, 14 novembre 1978. Tartufo di Molière, regia di Giulio Bosetti, Vicenza, Teatro Olimpico, 26 settembre 1979. Il racconto d'inverno di William Shakespeare, regia di Giancarlo Cobelli, Verona, Teatro Romano, 8 agosto 1980. L'albergo del libero scambio, di Georges Feydeau e Maurice Desvallières, regia di Giulio Bosetti, Torino, Teatro Carignano, 14 ottobre 1980 Il malato immaginario di Molière, regia di Gabriele Lavia, Vicenza, Teatro Olimpico, 16 settembre 1981. Harvey di Mary Chase, regia di Enrico Maria Salerno, Sanremo, 24 dicembre 1983 Madame Bovary da Gustave Flaubert, regia di Giancarlo Sbragia, Vittà di Castello, 17 dicembre 1984