Nato a Sassostorno di Lama Mocogno il 9 Dicembre 1938, alto m. 1,81 e con peso forma di 72 Kg., era un ottimo scalatore, formidabile passista (pressoché imbattibile a cronometro) ed anche dotato di un ottimo sprint.
Come esordiente e poi dilettante gareggiò, dal 1954 al 1958, con la U.S. Pavullese, e nel 1959 con il G.S. Brooklin, di Empoli.
Dopo due o tre corse come esordiente nel 1954, iniziò l'attività vera e propria nel 1955 vincendo tre gare e conseguendo numerosi piazzamenti. Nel 1956 vinse sette corse.
Come dilettante nel 1957, vinse dieci corse (da sottolineare la vittoria nella Modena - Pavullo a cronometro, ad una media eccezionale) ed ebbe un bruciante finale di stagione. Nell'ottobre vinse il "Piccolo Giro di Lombardia" dove emerse alla distanza e bruciò cinque compagni di fuga. Bella vittoria pure nel Trofeo Pizzoli di Bologna dove, staccati tutti, mise in evidenza la sua classe.
Nel 1958, con 14 vittorie, risultò, nella graduatoria nazionale, al secondo posto, dietro Livio Trapè. Le sue migliori affermazioni furono nell'internazionale Coppa Fusar Poli, nella Coppa Magistri (davanti a Giordano Giusti), nel G.P. Giglio, nel G.P. Stra, nelle prove di selezione di Lugagnano e di Fivizzano, nella terza tappa della San Pellegrino, nel Trofeo Pizzoli e nel G.P. Del Rosso a Montecatini, nella Coppa Santini a Prato, nella corsa di Galciana di Prato (con Luciano Veggetti al 2° posto e con Ermanno Benetti al 4°). Giunse, invece, 2° al Giro del Frignano e vinse il primo Circuito di Pavullo.
Sempre nel 1958 partecipò, con la Nazionale Italiana, al Campionato Mondiale su strada per dilettanti, a Reims. Tre corridori italiani (Martini, Trapè e Venturelli) dominarono la corsa con una lunga fuga; ripresi verso la fine, facevano parte, con l'altro italiano Bampi, di un gruppetto di nove corridori e, mentre si preannunciava un clamoroso successo collettivo, giungeva la mazzata più inattesa con la vittoria, in volata, di Schur, con Romeo solo al quinto posto.
Nel 1959 risultò il migliore dilettante italiano grazie alle 23 vittorie stagionali, ottenute sia in Italia che in campo internazionale: tra queste ultime da ricordare la sua 2^ partecipazione alla Corsa della Pace (Berlino - Praga - Varsavia), dove terminò al 2° posto assoluto nella classifica finale, dopo aver vinto 3 tappe (di cui le 2 a cronometro) e dopo aver tenuto a lungo la maglia di leader in classifica generale. Altra prestigiosa affermazione fu la Ruota d'Oro, corsa internazionale che si svolse in Lombardia in 4 tappe. L'anno terminò con la vittoria nel Trofeo Baracchi per dilettanti, in coppia con Livio Trapè, coprendo i 116 Km. del percorso a 44,600 Km/h.
Il 1960 vide il suo passaggio al professionismo con la maglia della San Pellegrino. Da ricordare la sua partecipazione alla Parigi - Nizza, specie per la sua sensazionale vittoria nella tappa a cronometro di Nimes, dove superò i grandi specialisti francesi Anquetil e Rivière, e per il 2° posto, dopo un gran finale, nella tappa di Manosque. Pochi giorni dopo altra grossa affermazione, e questa volta in volata, nella tappa Viareggio-Reggio Emilia della Genova - Roma.
Sempre nel 1960 ci fu l'apice della sua carriera, con la conquista della maglia rosa al Giro d'Italia per la grande vittoria nella tappa a cronometro di Sorrento, in cui riuscì a battere di nuovo Jacques Anquetil. All'entusiasmo degli sportivi italiani e, in particolare, di quelli pavullesi (mentre la RAI trasmetteva la tappa, le vie del paese erano completamente deserte) seguì, il giorno dopo, la più profonda delusione per l'inaspettato ritiro, in seguito, pare, all'ingestione, per il gran caldo, di una limonata gelida seguita da un litro di latte freddo.
Il 1960 finì con l'importante vittoria nel Trofeo Baracchi, classica gara a cronometro a coppie, che chiudeva la stagione. A Brescia Ronchini-Venturelli vinsero, percorrendo i 110 Km. in 2h 30' 20", alla media di 43,902 Km/h, precedendo Baldini-S.Moser di 42".
Negli anni a seguire Venturelli non trovò mai più grandi giornate e ottenne l'unica ed ultima vittoria nel 1965 al Giro del Piemonte, prima di ritirarsi al termine della stagione 1967. Dopo due anni di stop e un'operazione agli occhi dalla quale si era ripreso ottimamente, a maggio del 1970 annunciò di voler tornare alle corse all'età di 32 anni. Lo fece con la maglia Zonca ma, senza ottenere piazzamenti di rilievo, al termine della stagione 1971 abbandonò definitivamente l'attività agonistica con sole sei vittorie all'attivo da professionista.