Llicenciat per la Universitat de Valladolid (1909), ingressà al cos mèdic de l’exèrcit. Participà en inspeccions de camps de presoners durant la Primera Guerra Mundial, activitat per la qual rebé diverses condecoracions dels governs francès i belga. El 1917 fou nomenat agregat militar de l’ambaixada espanyola a Berlín, on s’interessà per la naixent psiquiatria, disciplina per la qual es decantà definitivament. De retorn a Madrid, hi dirigí una clínica psiquiàtrica. Primer professor a impartir l’especialitat de psiquiatria a l’Academia de Sanidad Militar (1931), esdevingué seguidor del nazisme i, en particular, de les teories racials que justificaven les polítiques d’eugenèsia i de persecució i extermini en massa de col·lectius, tesis que adaptà i aplicà a l’aixecament franquista contra la Segona República. Segons Vallejo-Nájera, el que anomenava “raça espanyola” estava sotmesa a un procés de degeneració que atribuïa a uns suposats trets hereditaris dels seus portadors, idees que exposà en Eugenesia de la Hispanidad y regeneración de la raza (1937). El 1938 el general Franco li encarregà la creació d’un Gabinete de Investigaciones Psicológicas per a investigar “les arrels biopsíquiques del marxisme”, aval amb el qual inicià els seus treballs en camps de presoners republicans, i que el portaren a identificar els partidaris de la igualtat social i de l’esquerra en general amb psicòpates i disminuïts psíquics, i a associar aquestes ideologies amb sentiments d’inferioritat, impulsos asocials i de crueltat, etc. Primer professor de psiquiatria de la Universitat de Madrid (1947-59), el seu pensament pseudocientífic inspirà el pla de separació dels fills de mares no afectes al règim franquista (suposadament d’esquerres o associades amb altres anomalies, entre d’altres el republicanisme, el catalanisme, la maçoneria, etc.). Els anomenats “nens perduts del franquisme” foren internats en centres especials de reeducació i molts d’ells destinats a treballs forçats. Una part morí a causa de les condicions brutals a què foren sotmesos. Vallejo-Nájera presidí el Primer Congrés Internacional de Psiquiatria a París (1950) i el 1951 ingressà a la Real Academia Nacional de Medicina. Fou pare del també psiquiatre Juan Antonio Vallejo Nájera.