Se desconoce todo lo relativo a su aprendizaje, que según Karel van Mander tuvo lugar en Malinas, donde en todo caso se le encuentra documentado por primera vez en 1560, al darse de alta en el gremio de San Lucas y coger un aprendiz poco tiempo después.
[1] Durante la Beeldenstorm, o furia iconoclasta extendida por los Países Bajos en el verano de 1566, abandonó la ciudad con su hermano Marten, estableciéndose primero en Aquisgrán y luego en Lieja donde se le documenta en 1570.
Cuando Matías abandonó el gobierno Van Valckenborch lo acompañó a Linz como pintor de cámara.
En ocasiones incorporó a sus paisajes su autorretrato con un cuaderno de dibujo sobre las rodillas, dibujando en el campo en contacto directo con la naturaleza, pero en su pintura no llegó a abandonar los convencionalismos del paisaje ideal, mezclando topografías naturales con paisajes fantásticos, generalmente tratados con un punto de vista alto para dar cabida a numerosas figuras con las que compone lo mismo escenas cotidianas o bíblicas y alegóricas, destacando entre estas las series dedicadas a las cuatro estaciones o los meses del año.
Cuatro paisajes de Van Valckenborch procedentes de la colección real conserva el Museo del Prado: dos ferrerías movidas por artilugios hidráulicos, un paisaje con pastores y camellos y un pequeño paisaje con figuras representando uno de los milagros del Nuevo Testamento, la curación del poseso.