Valentina Marchei (* 23. Mai 1986 in Mailand) ist eine italienische Eiskunstläuferin, die bis 2013 im Einzellauf startete und seitdem im Paarlauf antritt.
Valentina Marchei ist die Tochter von Marco Marchei, einem Langstreckenläufers, der 1980 und 1984 an den Olympischen Spielen teilgenommen hat. Sie studierte Sport an einer Universität und arbeitete als Reporterin für das italienische Fernsehen. Sie begann 1993 mit dem Eiskunstlauf, ihr erste Trainerin war Cristina Mauri. Später wurde sie auch von Pierre Trente trainiert. Marchei verletzte sich 2007 am Knie.
Ab 2008 arbeitete sie mit Nikolai Morozow zusammen, wobei sie wegen einer Knöchelverletzung den Großteil der Saison 2008/09 verpasste. Bei den Europameisterschaften 2010 belegte sie den zehnten Platz. Im selben Jahr kehrte sie in die Grand-Prix-Serie zurück. Im Jahr darauf belegte sie bei den Europameisterschaften 2011 wiederum Rang zehn. Ihre neuen Coaches wurden Jason Dungjen und Yuka Sato, mit denen sie in Detroit trainierte. 2012 erreichte sie den achten Platz bei den Weltmeisterschaften in Nizza und 2014 nahm sie an den Olympischen Winterspielen in Sotschi teil, wo sie den elften Platz erlief.