Уолтер Хилл родился 10 января 1942 на Лонг-Бич (Калифорния, США). Высшее образование получил в Университете штата Мичиган.
В кино дебютировал в качестве сценариста картины «Хикки и Боггс» (англ. Hickey & Boggs, 1972 год). Три года спустя его первая режиссёрская работа - драматический экшн «Уличный боец» (1975 год), события в котором разворачиваются в период Великой депрессии. После выхода в прокат этой картины об Уолтере заговорили, как об одном из самых многообещающих голливудских режиссеров и сценаристов.
В 1980-е годы в качестве режиссёра создал: «Поединок» (1978 год), «Скачущие издалека» (1980 год), «48 часов» (1982 год), «Красная жара» (1988), «Красавчик Джонни» (1989 год), «Джеронимо: Американская легенда» (1993 год), «Герой-одиночка» (1996 год). Кроме того, вместе с Ричардом Доннером и Робертом Земекисом принял участие в создании телевизионного сериала «Байки из склепа». Последней работой Уолтера Хилла в кино в качестве режиссёра стала криминальная драма «Обсуждению не подлежит» (2002 год), после чего была ещё одна работа на телевидении — вестерн «Прерванный путь» (англ. Broken Trail), который был номинирован на премию «Золотой Глобус» в трёх номинациях.
В качестве одного из сценаристов принял участие в создании картин «Чужие» (1986 год), «Чужой 3» (1992 год) и ряда других.
Известен не только как режиссёр и сценарист, но и как коммерчески успешный организатор кинопроизводства. На этом поприще стартовал ещё в 1979 году, выступив в качестве одного из продюсеров в своём собственном фильме «Воины» и картине Ридли Скотта «Чужой». Затем последовали пять частей популярной истории об инопланетных монстрах: «Чужие», «Чужой 3», «Чужой 4: Воскрешение» (1997 год), «Чужой против Хищника» (2004 год) и «Чужие против Хищника: Реквием» (2007 год).
Несмотря на то, что многие картины режиссёра пользуются успехом у зрителей, кинокритики относятся к творчеству Уолтера достаточно прохладно, что возможно связано с его приверженностью к не очень популярным у кинокритиков жанрам ужасов и экшна.