Faits: A. F._, né en 1935, a une formation de technicien en génie civil. A l'âge de 20 ans, le 22 octobre 1955, il a été victime d'un accident - une chute d'une cabine téléphérique - qui lui avait occasionné un traumatisme distal du genou et de la jambe gauches. Les suites de cet accident, qui n'ont pas entraîné d'incapacité de travail durable, avaient été prises en charge à l'époque par la Caisse nationale suisse en cas d'accidents (CNA). Après avoir atteint l'âge de la retraite, F._ a continué d'exercer une activité de surveillance de chantiers à titre indépendant. Depuis le 20 novembre 2007, il était assuré contre le risque d'accidents auprès de la CNA avec laquelle il avait conclu une convention d'assurance-accidents facultative selon la LAA. En octobre 2008, F._ a annoncé à la CNA qu'il avait subi un accident le 30 septembre 2008. Il avait perdu l'équilibre après avoir posé par inadvertance son pied gauche dans une rigole, et avait fait une chute en avant, se rattrapant avec les mains. Il avait immédiatement ressenti une douleur dans toute la jambe gauche qui, les médicaments antalgiques restant sans effet, l'avait amené à consulter trois jours plus tard son médecin traitant, le docteur P._. Ce médecin l'a mis en arrêt de travail et prescrit des séances de physiothérapie. La CNA a pris en charge le cas. Un scanner lombaire réalisé le 22 octobre 2008 a révélé une importante discarthrose avec antélisthésis de L4 sur L5 et lyse isthmique bilatérale en L5 associée, une protrusion disco-ostéophytaire calcifiée circonférentielle en L4-L5 avec sténose foraminale et canal lombaire étroit L5-S1 d'origine dégénérative. Selon un rapport du 5 novembre 2008 du docteur N._, spécialiste en neurologie, l'assuré présentait un discret syndrome lombaire et surtout une atteinte radiculaire L4-L5 déficitaire à gauche. Il était d'avis que ce syndrome radiculaire, résultant de la polypathologie en L4-L5, avait été décompensé par l'accident du 30 septembre 2008. L'assuré a ensuite été suivi par la doctoresse R._, de l'Hôpital X._, qui a fait réaliser un examen IRM le 6 janvier 2009. Dans son rapport du 12 janvier suivant, elle a indiqué que F._ souffrait d'une hernie L3-L4 entraînant un conflit avec le sac dural et la racine L4 à gauche. Invité à donner son appréciation, le docteur E._, médecin d'arrondissement, a admis l'existence d'un rapport de causalité probable entre les troubles et l'accident du 30 septembre 2008 dans le contexte d'une aggravation d'un état antérieur, tout en réservant son avis sur le caractère durable ou non de cette aggravation. Le 22 mai 2009, le docteur O._, également médecin d'arrondissement de la CNA, a estimé qu'au vu des résultats IRM, l'assuré avait subi une aggravation passagère de troubles dégénératifs préexistants et que l'accident avait cessé de déployer ses effets au plus tard neuf mois après, les troubles persistants devant être mis sur le compte d'une pathologie qui serait devenue symptomatique même en l'absence de traumatisme. Se fondant sur ce dernier avis, la CNA a rendu le 9 juin 2009 une décision, par laquelle elle a mis un terme au versement des prestations d'assurance avec effet au 30 juin 2009. Saisie d'une opposition, elle l'a écartée dans une nouvelle décision du 16 juillet 2009. B. Par jugement du 27 mai 2010, la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal valaisan a rejeté le recours formé par l'assuré contre la décision sur opposition de la CNA. C. F._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il demande l'annulation. Sous suite de frais et dépens, il conclut à ce que la CNA soit condamnée à lui verser les prestations contractuelles prévues pour les suites de son accident du 30 septembre 2008. La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à se déterminer. 