Вальтер Оскар Эрнст Амелунг родился 15 октября 1865 года в городе Щецине.
Начиная с 1884 года Вальтер Амелунг учился в университете Тюбингена под руководством Эрвина Роде (нем. ; 1845-98), а затем в Лейпциге занимался с Йоханнесом Овербеком (нем. ; 1825-1895) и в Мюнхене с Генрихом Брунном (нем. ; 1822-1894). С 1891 по 1893 год, во время путешествий по всему Средиземноморья, он проводил исследования античной скульптуры. В 1895 году в столице Италии городе Риме, Вальтер Амелунг начал работать с Германским археологическим институтом, где его обязанностью было составление каталога скульптур из коллекции Ватикана.
Во время Первой мировой войны, Амелунгу было поручено восстановление гипсовых слепков классической скульптуры в музее в Берлинском университете, а после заключения Версальского договора, он возглавлял реконструкцию библиотеки Германского археологического института в Риме. Вместе с Полем Арндтом (нем. ; 1865-1937), он был одним из редакторов «Photographische Einzelaufnahmen antiker Skulpturen» — обзора греческой и римской скульптуры.
Вальтер Оскар Эрнст Амелунг скончался 12 сентября 1927 года в городе Бад-Наухайме.