No 1951. līdz 1953.gadam viņš spēlēja Rīgas "Dinamo", no 1954. līdz 1964.gadam Rīgas ASK, bet no 1964. līdz 1969.gadam - Rīgas VEF komandā. Muižnieks kļuva par četrkārtēju PSRS čempionu (1955.-1958.), divkārtēju vicečempionu (1962., 1964.) un četrkārtēju bronzas ieguvēju (1959., 1961., 1973., 1966.).Tāpat Muižnieks ar ASK komandu no 1958. līdz 1960.gadam uzvarēja pirmajās trijās Eiropas kausa izcīņās.No 1954. līdz 1967.gadam Muižnieks spēlēja Latvijas izlasē, piedaloties četrās PSRS tautu spartakiādēs un 103 spēlēs. 1956.gadā viņš kļuva par PSRS tautu spartakiādes čempionu, bet 1959. un 1963.gadā ieguva trešās vietas.No 1956. līdz 1964.gadam Muižnieks spēlēja Padomju Savienības izlasē, kļūstot par trīskārtēju olimpisko sudraba medaļnieku (1956., 1960., 1964.) un trīskārtēju Eiropas čempionu (1957., 1959., 1961.).
Valdis Muižnieks basketbolu nopietni sāka spēlēt tikai 16 gadu vecumā "Dinamo" komandā Eiropas 1939.gada vicečempiona Jura Silarāja vadībā. Pusaudža gados dažādās sportiskās aktivitātēs iegūtais rūdījums ļāvis ātri apgūt groza bumbas pamatus, par leģendāro basketbolistu rakstīts Latvijas basketbola Goda zālē.
Par iedvesmas avotu Valdim un viņa vienaudžiem kļuva dažus gadus vecākā Maigoņa Valdmaņa debija Helsinku olimpiskajās spēlēs. "Radās ticība: ja jau Maigais var, kāpēc gan lai arī es nevarētu?! No aizraušanās basketbols pamazām kļuva par dzīvesveidu,” atcerējās pats Valdis.
Pēc iesaukšanas padomju armijā 1954.gadā Muižnieks nokļuva pie domubiedriem ASK komandā. Spēlēja uzbrūkošā aizsarga vai vieglā uzbrucēja pozīcijā. Precīzi uzbruka no pustālās distances un pēc caurgājieniem, ļoti labi sadarbojās ar centra spēlētāju Jāni Krūmiņu, acīgi pārķēra bumbu aizsardzībā.
"Valdis ir jautrs, interesants un gudrs cilvēks. Viņa iespaids uz komandas biedriem bija milzīgs. Piesaistīja viņa apdāvinātība, humora izjūta un rakstura stabilitāte," kādreiz teicis ASK treneris Aleksandrs Gomeļskis. "Cik daudz svarīgu punktu Rīgas ASK un PSRS izlasei Jānis Krūmiņš guva pēc precīzām Muižnieka piespēlēm! Savukārt Jānis nekad nelaida garām izdevību atspēlēt bumbu Valdim, tiklīdz pēdējais bija brīvs. Nekāda egoisma, pilnīga nesavtība - tāds bija mūsu komandas stils."
1956.gadā Padomju Savienības olimpiskajā izlasē Muižnieks iekļuva kā viens no tālākajiem rezervistiem, bet turpmākajos gados izvirzījās par vienu no lielvalsts galvenās komandas līderiem. Viņa rēķinā ir trīs olimpisko spēļu sudraba godalgas un trīs Eiropas čempiona tituli. Kā arī padomju politiķu sagādātā neveiksme 1959.gada pasaules čempionātā, kad pēc uzvarām pār visiem favorītiem PSRS izlases basketbolistiem tika aizliegts iziet laukumā mačā ar Taivānas izlasi un nopelnītā zelta vietā tika saņemta diskvalifikācija.
1964.gadā, kad Latvijas basketbola vadība nolēma labākos spēkus koncentrēt vienā komandā, Valdis Muižnieks piekrita pārejai uz VEF vienību, kurā nospēlēja līdz 1969.gada sezonas beigām. Pēc spēlētāja karjeras beigām strādāja Latvijas (PSR) Fiziskās kultūras un sporta komitejā, arī kā Rīgas ASK komandas priekšnieks. Aktīvi piedalījās veterānu basketbola aktivitātēs, izcīnīja sudraba medaļas pasaules maksibasketbola čempionātos.