L-Valine ethyl ester hydrochloride ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารเคมีและยา โดยเฉพาะในกระบวนการผลิตเปปไทด์และโปรตีน เนื่องจากมีกลุ่มเอสเทอร์ที่สามารถทำปฏิกิริยาได้ง่าย นอกจากนี้ยังใช้ในงานวิจัยทางชีวเคมีเพื่อศึกษากลไกการทำงานของเอนไซม์และกระบวนการเมแทบอลิซึม ในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม บางครั้งใช้เป็นสารปรุงแต่งเพื่อปรับปรุงรสชาติหรือกลิ่น ยังมีการนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์เสริมอาหารเพื่อช่วยในการดูดซึมกรดอะมิโนที่จำเป็นต่อร่างกาย