Den 56-årige fransmannen tillkännagav sin kandidatur i tisdags kväll, rapporterar flera spanska och internationella medier.
"Jag avser erbjuda lösningar för alla människor som har fått nog av den politiska förlamningen i Barcelona", twittrar Valls på katalanska.
Valls föddes i Barcelona när hans föräldrar var där på semester sommaren 1962. Hans pappa var därifrån men hade långt tidigare flyttat till Frankrike. Valls själv har dock aldrig bott i staden.
"Barcelona är ett otroligt projekt. Jag vill satsa på Barcelona", twittrar Valls på spanska.
Var presidentkandidat
Valls är fortfarande parlamentsledamot i Frankrike, där han var dåvarande presidenten François Hollandes premiärminister mellan 2014 och 2016. Dessförinnan var han inrikesminister.
Valls tillhörde socialistpartiet men lämnade det i fjol efter att ha misslyckats med att bli partiets presidentkandidat. Nu verkar han tagit ett steg åt höger. Liberalkonservativa partiet Ciudadanos välkomnar Valls kandidatur, men själv säger han under en presskonferens på onsdagen att han kommer att ställa upp som oberoende kandidat.
Barcelonas borgmästare Ada Colau från vänsterkoalitionen Barcelona en Comú ser dock Valls kandidatur som en reaktion från höger på den politik hon fört sedan hon valdes 2015.
- Jag förstår att herr Valls är Ciudadanos kandidat, högerns kandidat, som allierar sig med den starka ekonomiska eliten som vill sätta stopp för Barcelonas förändring, säger hon enligt El País.
Inget avslut
Enligt flera bedömare vore det även ett hårt slag mot den katalanska självständighetsrörelsen om Valls blev vald. Själv säger han att han vill se Barcelona som en huvudstad i södra Europa.
Om uppbrottet från Frankrike säger han följande, enligt La Vanguardia :
- Det är inte ett avslut utan en förlängning av samma väg. Och framför allt är det Europa.
Borgmästarvalet i Barcelona äger rum våren 2019.
Fakta: Manuel Valls
Född 1962.
Började klättra inom Socialistpartiet (PS) på 1990-talet. Blev borgmästare i Parisförorten Évry 2001 och valdes till parlamentsledamot 2002.
Sedan Socialistpartiet vunnit 2012 års val blev Valls inrikesminister. I mars 2014 blev han premiärminister i François Hollandes regering. Avgick i december 2016 för att koncentrera sig på presidentvalet.
Tog sig vidare till andra omgången i primärvalet men besegrades av Benoît Hamon.
