Alla nascita, Rodolfo era un bambino dalla pelle olivastra e dagli occhi leggermente obliqui. Frequentò le prime tre classi a Castellaneta dove ebbe come maestri Nicola D'Alagni e Francesco Miraglia Quero. Nel 1904 si trasferì con la famiglia a Taranto, in un appartamento al pianoterra di un palazzo a due piani, in Via Massari. Il trasferimento serviva a suo padre per poter proseguire le sue ricerche in laboratori di analisi più attrezzati e per assicurare ai figli una adeguata istruzione scolastica. A Taranto continuò e completò le scuole elementari con risultati non molto positivi. Dalla sua pagella, della Scuola Secondaria Statale di Taranto, dell'anno scolastico 1904-1905, si può rilevare come il rendimento fosse mediocre; fu bocciato con 5 in condotta, 5 in italiano, 2 in francese, 4 in matematica, 2 in disegno, e solo 6 in calligrafia. Rodolfo aveva un fratello maggiore di nome Alberto e una sorella, più giovane, di nome Maria. Alberto era un ragazzino pratico dal carattere mite e tranquillo; Rodolfo al contrario sognava molto, aveva la stessa vivida immaginazione della madre, ed era spesso disubbidiente e irrequieto. Rispettava e ammirava il padre, ma era più in sintonia con la madre.
A Taranto, Rodolfo fece le sue prime amicizie. Sembra che a undici anni si fosse innamorato di una bambina della sua età di nome Teolinda. Nel 1906, morto il padre e vista la difficile situazione economica, Rodolfo venne affidato al Collegio Convitto per gli Orfani dei Sanitari Italiani, con sede a Perugia, dove rimase tre anni. In collegio fu ricordato come "bruttarello" e mingherlino, di carattere chiuso e scontroso. I compagni lo chiamavano "pipistrello" per via delle sue orecchie appuntite . Rodolfo non era un allievo modello e venne radiato per indisciplina. Nel 1909 tentò di entrare all'Accademia di Marina a Venezia, ma fu dichiarato inabile per insufficienza toracica e disturbi alla vista. Si orientò dunque allo studio della Tecnica Agraria, trasferendosi al San Ilario di Nervi, in provincia di Genova, dove si diplomò. Il ritorno a casa fu piacevole. Sua madre era felice, la famiglia soddisfatta. Dopo alcuni mesi trascorsi a Taranto, partì in vacanza a Parigi. Rodolfo rimase affascinato dalla "Ville Lumière", facendosi presto coinvolgere dai frivoli piaceri della vita mondana. Quando si accorse di non avere più denaro, fu costretto a scrivere alla madre e a chiederle un prestito per il viaggio di ritorno. Ma l'esperienza parigina gli era servita non poco, perchè fu proprio a Parigi che affinò le sue doti di ballerino. Quando ritornò a Taranto si rese conto che non avrebbe potuto realizzare i suoi sogni, le sue ambizioni. "L'Italia è troppo piccola per me" disse al fratello Alberto e decise di partire per l'America. Probabilmente ad aumentare il fascino dell'America su Rodolfo contribuirono anche i racconti dei successi del musicista tarantino Domenico Savino (Taranto 1888 - New York 1973) , compositore e direttore d'orchestra che, anni addietro, era partito per l'America al seguito del tenore Tito Schipa. Secondo Leo Pantaleo i Guglielmi conoscevano la famiglia Savino e la sorella di Domenico talvolta raccontava a Rodolfo del fratello divenuto in breve tempo famoso in America.
Rodolfo s'imbarcò sul mercantile "Cleveland" dell'Hamburg America Line e raggiunse New York il 23 dicembre del 1913. Qui, inizialmente, condusse una vita spensierata poi, quando i soldi cominciarono a scarseggiare si vide costretto a impiegarsi nei più disparati mestieri, da giardiniere a cameriere, ad altri ancora. Sembra che sia stato proprio l'amico tarantino Domenico Savino a regalargli un bellissimo "tight" con il quale si presentò al Night-Club Maxim dove, avendo fatto una ottima impressione, fu immediatamente assunto come Taxi-dancer. Le mance che riceveva dalle signore erano abbastanza cospicue e ciò gli permetteva di sopperire alle necessità di ordine economico. Nel frattempo, la nota ballerina Bonnie Glass nel pieno della sua fama, separatasi dal compagno Clifton Webb cercava un nuovo partner. Vedendo ballare Valentino, il cui nome veniva spesso riportato sulle locandine di tutta la città e ritenendo possedesse dei buoni requisiti, lo ingaggiò per cinquanta dollari alla settimana. Dopo Bonnie Glass, Valentino fece coppia con un'altra ballerina, Joan Sawyer, con la quale lavorò per sei mesi. Secondo Alexander Walker (1977), nel settembre del 1916, in seguito a una denuncia di falsa testimonianza e istigazione alla prostituzione fu arrestato, ma rilasciato dopo tre giorni per insufficienza di prove. Successivamente la Paramount avrebbe fatto sparire il fascicolo riguardante questo caso giudiziario per tutelare l'onorabilità del proprio divo.
Dopo l'infelice eperienza newyorkese, Valentino venne ingaggiato da una compagnia teatrale di operetta, che per mancanza di fondi si sciolse a San Francisco. Allettato dal clima e dai fertili terreni californiani, decise di entrare in contatto con la Società Agricola Italiana, il cui scopo era quello di aiutare i contadini italiani emigrati in America, per acquistare qualche ettaro di terra e in seguito una fattoria, dove poter ospitare, un giorno, sua madre, quando la guerra fosse finita. A San Francisco Rodolfo non trovò quell'aiuto in cui sperava: per poter acquistare dei terreni agricoli bisognava versare un anticipo di mille dollari che naturalmente egli non possedeva. A San Francisco incontrò un vecchio amico di New York, Norman Kerry, che nel frattempo era diventato attore e che si trovava in California a girare un film con Mary Pickford. Kerry lo convinse a trasferirsi a Hollywood, reputando che il suo fisico fosse adatto per il cinema. A Hollywood girò una serie di film a basso costo in ruoli marginali prima di interpretare "The Four Horsemen of the Apocalypse" il film che diede alla sua carriera cinematografica una svolta decisiva verso il successo.
Valentino ebbe un continuo scambio epistolare con la madre, che, purtroppo venne a mancare poco prima che l'attore ottenesse quel consenso che l'avrebbe lanciato nel firmamento delle stelle di Hollywood; di questo, egli se ne rammaricò a lungo. Subito dopo, Valentino conobbe la sua prima moglie, Jean Acker. Douglas Gerrard uno dei direttori del Circolo Atletico di Los Angeles, suo amico, lo aveva invitato a una festa danzante durante la quale gli venne presentata Jean Acker come una delle stelle nascenti dello schermo. Trascorsero tutta la serata insieme e dopo incominciarono a frequentarsi. Si sposarono il 5 novembre 1919. Alla festa dopo la cerimonia era presente anche Norman Kerry. Avrebbe dovuto essere l'inizio di un periodo felice, ma così non fu: dopo appena un mese, si separarono. Grazie al film "Camille" Valentino incontrò Natascia Rambova che sarebbe diventata la sua seconda moglie.
La Rambova fu importante sia per la sua vita sentimentale che per la sua carriera artistica. A Hollywood era molto apprezzata per gli scenari e i costumi che disegnava. Valentino e Natascia discutevano sempre animatamente sulle scelte artistiche da operare. La Rambova era molto ambiziosa, aveva un carattere tenace e risoluto e si indignava quando il marito veniva impiegato in ruoli di scarso valore qualitativo. Valentino sposò la Rambova, ma otto giorni dopo il matrimonio, fu arrestato con l'accusa di bigamia, per non aver rispettato una legge californiana che obbligava i divorzianti a non contrarre matrimonio prima di un anno dalla sentenza di divorzio. La notizia si diffuse rapidamente su tutti i giornali. Natascia, irritata, ritornò a Hollywood da sola. Fu June Mathis a versare la somma della cauzione e, dopo tre giorni, l'attore venne rilasciato. I due si sposarono definitivamente l'anno successivo. La delusione del risultato artistico del film "The Young Rajah", portò alla rottura definitiva con la Paramount. La casa di produzione cinematografica ottenne però dal tribunale un'ingiunzione che vietava a Valentino la partecipazione a film prodotti da altri. Fu grazie a George Ullman che i coniugi Valentino riuscirono a superare la difficile situazione finanziaria in cui si erano imbattuti.
In attesa del processo con la casa di produzione, decisero di fare un viaggio in Europa. Era la prima volta che Valentino tornava in Italia a trovare i suoi familiari. Ritornato a Hollywood girò i film "Monsieur Beaucaire", "A Sainted Devil" e "Cobra", prima di separarsi dalla moglie. Gli ultimi suoi due film "The Eagle" e "The Son of the Sheik" furono prodotti dalla United Artists, che da contratto vietò alla Rambova di intervenire nelle scelte artistiche del marito. Probabilmente questo fu uno dei motivi della separazione tra i due. Nell'ultimo periodo della sua vita Valentino ebbe una relazione sentimentale con la nota attrice Pola Negri, che pur non essendo fredda e insensibile come Natascia, non fu ricambiata dello stesso amore. Quando ancora il film "The Son of the Sheik" non era uscito nelle sale cinematografiche, il 15 agosto 1926 Valentino ebbe un malore e, ricoverato a New York al Polyclinic Hospital, fu sottoposto a un intervento chirurgico per ulcera gastrica e appendicite. Ma era ormai troppo tardi: morì il 23 agosto 1926.
Furono organizzati due cortei funebri, il primo a New York e il secondo a Hollywood; la salma venne poi sepolta nella Corte degli Apostoli del Memorial Park Cemetery di Los Angeles, dove tuttora si trova.
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