Родился. Являлся правнуком Абылай хана. При рождении он ребенок получил имя Мухаммед-Канафия, но позже придуманное матерью прозвище «Чокан» закрепилось как официальное имя.
Учился в казахской школе, открытой в орде Кунтимес, где он получил начальные знания казахского, кыпшак-чагатайского, арабского и персидского языков.
Стал воспитанником Омского кадетского корпуса, где познакомился кадетом Г. Н. Потаниным – будущим исследователем и просветителем. Чокану Валиханову прочили будущее историка, преподаватель истории Гонсевский предоставлял талантливому кадету доступ к богатой домашней библиотеке. Благодаря этому он смог выучить немецкий и французский языки, познакомиться с трудами А. И. Лёвшина, П. И. Небольсина, А. Гумбольдта, Ж-П. Абель-Ремюзы, Ю. Клапрота и других учёных.
Окончил Омский кадетский корпус и стал кадровым офицером Русской императорской армии, получив чин корнета. Практически сразу после окончания Валиханов становится адъютантом генерал-губернатора Западной Сибири Г. Х. Гасфорда. На этой должности выпускник составлял и отправлял письма от имени Гасфорда, выполнял функции историографа, вследствие чего получил неограниченный доступ к омскому архиву. Валиханов преуспел в изучении истории, географии и экономики тюркоязычных стран.
Вместе с Гасфордом и в одиночку, по поручению губернатора и по собственной инициативе, Валиханов совершил ряд поездок в отдалённые края страны, в Семиречье и Кокандское ханство, и подробно описал каждую из своих поездок.
Досрочно получает чин поручика и назначение в экспедицию полковника Хоментовского для разбора споров между родами Старшего жуза и противостояния между киргизскими родами Бугу и Сарыбагыш.
По рекомендации П. П. Семёнова, Валиханов был избран действительным членом Русского географического общества. Зимой того же года Чокан работал над материалами, привезёнными из поездки на Иссык-Куль и в Кульджу: сделал очерки об истории киргизского народа, о его географическом положении, делении на роды, обычаях и культуре. Данные труды были впервые полностью опубликованы как «Записки о киргизах».
Отправился в экспедицию в Кашгарию. Эта территория представляла колониальный интерес сразу для трех стран – России, Великобритании и Китая. При этом Кашгария была закрыта для посещения европейцами, поскольку любой европеец расценивался как шпион. Поручик царской армии Чокан Валиханов обладал азиатской внешностью, глубокими познаниями жизни азиатских народов и ценным исследовательским опытом. К началу путешествия Чокану Валиханову было всего 22 года.
По вызову Военного министра Н. О. Сухозанета исследователь Кашгарии приехал в Петербург и был награждён орденом Святого Владимира и повышен в чине до штабс-ротмистра.
По ходатайству министра иностранных дел — князя Александра Михайловича Горчакова, он высочайшим повелением был определён ещё и в Азиатский департамент Министерства иностранных дел.
Возвращается в Омск для более сухого климата, влажный климат Петербурга плохо сказался на здоровье исследователя. Участвует в выборах на ответственную должность в казахском обществе и сталкивается с сопротивлением омского начальства. Областной губернатор области Сибирских киргизов Густав фон Фридерикс отклонил кандидатуру Валиханова и утвердил Ердена Сандыбаева.
Последним этапом жизни Шокана Валиханов стал поход на Кокандское ханство, позже подал в отставку.
Умер от обострения чахотки.
