Nacido en Murcia en 1937, se trasladó a Madrid en 1956, donde inició estudios de Arquitectura y de Bellas Artes que abandonó al poco tiempo. Tras unos tanteos iniciales con la abstracción informalista, se inclina por una severa abstracción formal que le vincula en años sucesivos a las corrientes constructivistas y de arte concreto. Sobre su primera exposición individual madrileña (1962) escribió Ángel Crespo: «Hay en esta pintura, como en todo aquello que se aproxima hasta el contacto a la fría y consumidora llama de la metafísica, algo muy semejante al suicidio». A lo largo de la década de los sesenta su obra evoluciona hacia una reducción de los elementos formales cercana a la abstracción postpictórica y minimalista. El carácter narrativo y procesual de su obra en estos años se evidencia en exposiciones como Pinturas Secuenciales (1962), Secuencias (1968), A continuación: un relato en doce jornadas: lugares, sonidos, palabras (1970); o en Algunas maneras de hacer esto (1969), en correspondencia con un libro homónimo. A partir de 1968, tras la serie Armarios (trabajos con el armazón del cuadro), comienza la construcción de sus Lugares (ambientes plásticos con estructuras geométricas) en los que dice buscar un arte «para ser vivido», un «arte habitable».

Su participación en los Encuentros de Pamplona de 1972 marca el segundo gran periodo de su carrera. La instalación Estructuras Tubulares en plena calle le permitió comprender el significado del arte público: «Presenté una obra que podría llamarse “plástica” y me di cuenta de que era una obra exclusivamente social». Desde entonces, su obra ya no pretende culminar en un objeto plástico, sino tan sólo señalar, mediante intervenciones efímeras y concretas, los significados sociales de nuestro espacio público, de la vida en la ciudad. En esta etapa se le vincula con las tendencias conceptuales, siendo la apariencia y el formato de sus obras muy variados: acción-performance, informe, medición, paseo, archivo, diccionario, grabación sonora, encuesta, correspondencia, ley, conferencia, arquitectura, fotografía, cine, instalación, gestión administrativa, etc., incluyendo una historia de occidente y una tesis doctoral como obras artísticas. En 2002 el proyecto expositivo Ir y venir de Valcárcel Medina ofreció una primera revisión a su trayectoria. En años posteriores fue merecedor del Premio Nacional de Artes Plásticas 2007 y del Premio Velázquez de Artes Plásticas 2015. El Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía le ha dedicado una amplia exposición, Otoño de 2009.