Nato ad Alba l’11 aprile 1993 e figlio di Carlo Della Valle, giocatore di Torino e Roma negli anni ’80, Amedeo cresce cestisticamente nel settore giovanile della Junior Casale Monferrato. Esordisce in LegaDue il 20 dicembre 2009 contro Latina. Nel 2011 sceglie di volare negli Stati Uniti, alla Findlay Prep High School di Henderson, in Nevada. Nella sua unica stagione supera il record di triple segnate in una singola stagione dalla scuola (66), che apparteneva a Cory Joseph. Dopo la high school approda alla Ohio State University. Nella prima stagione disputa 15 partite e arriva fino al Torneo NCAA 2013, dove Ohio State si ferma nella finale del West Regional. Nell’estate dello stesso anno guida l’Italia Under 20 al titolo europeo: 10 punti nella finale contro la Francia e il premio di MVP della manifestazione. Nel 2014 resta a Ohio State e gioca 33 partite complessive, ma i Buckeyes vengono eliminati al primo turno del Torneo NCAA.

Il 27 marzo 2014 arriva l’annuncio della firma con la Pallacanestro Reggiana. Della Valle raggiunge Reggio Emilia a fine stagione 2013-14, quando la squadra ha già conquistato l’Eurochallenge. Nel finale di quell’annata gioca 7 minuti nell’ultima partita di regular season, mentre in gara 1 dei playoff contro Siena non scende in campo. Il suo primo campionato da professionista completo è il 2014-15, chiuso con 9,3 punti di media in poco più di 22 minuti a partita. Nel 2014 partecipa inoltre con la maglia azzurra all’All Star Game di Ancona, chiuso con 14 punti. Negli anni successivi la sua crescita è costante, fino a diventare uno dei punti di riferimento della squadra. Con la Reggiana vince la Supercoppa italiana 2015, da MVP della finale, e disputa due finali scudetto, nel 2015 contro Sassari e nel 2016 contro Milano.

I numeri parlano chiaro: in campionato chiude con 12,4 punti di media nel 2015-16, 15,2 nel 2016-17 e 14,6 nel 2017-18. Anche in Eurocup si fa notare: nel 2017-18 viene inserito nel primo quintetto del torneo, con 17,5 punti di media, secondo miglior realizzatore della competizione. Nel 2015 partecipa con la Nazionale maggiore all’Europeo. A giugno 2018 lascia Reggio Emilia per l’Olimpia Milano, dopo 206 presenze complessive in maglia biancorossa tra campionato, coppe europee e Coppa Italia.