Совершил три космических полёта общей продолжительностью 12 суток 7 часов 13 минут 38 секунд.
1940 — окончил среднюю школу (англ. Dwight Morrow High School) в городе Englewood.
1941 — окончил Машиностроительный колледж в Ньюарке (англ. Newark College of Engineering).
1945 — окончил Академию ВМС США (г. Аннаполис).
с 1945 служил на крейсере Аляска (англ. USS Alaska).
с февраля 1946 служил в штабе 7-го флота ВМС США.
в 1948 — закончил лётную подготовку в Пенсакола (англ. Naval Air Station Pensacola), после которой служил в 71-истребительной эскадрильи.
в 1951-1952 гг. в составе 154-й истребительно-бомбардировочной эскадрильи участвовал в Корейской войне, где выполнил 90 боевых вылетов на F-84E. Одержал одну воздушную победу.
в 1952 переведён на полигон Чайна-Лейк (англ. Naval Air Weapons Station China Lake).
в 1958 окончил школу лётчиков-испытателей в Пэтьюксент-Ривер (англ. Naval Air Station Patuxent River).
9 апреля 1959 года зачислен в первый отряд астронавтов НАСА.
29 ноября 1961 года назначен дублёром Дональда Слейтона, а после его отстранения, Скота Карпентера по полёту Меркурий MA-7.
27 июня 1962 года назначен пилотом корабля Меркурий MA-8.
3 октября 1962 — Уолтер Ширра совершил орбитальный космический полёт на корабле Меркурий MA-8. Задача полёта была выполнена полностью.
Полёт продолжался 9 часов 13 минут 11 секунд.
В августе 1963 года вместе с Джоном Янгом назначен в экипаж корабля Джемини-5, в ходе полёта которого предусматривалась стыковка корабля на орбите со ступенью Agena. Вскоре стыковка Джемини-5 с ступенью Agena была отменена и Уолтер Ширра вместе с Джоном Янгом были назначены дублёрами экипажа Джемини-3 Алана Шепарда и Томаса Стэффорда.
13 апреля 1964 года после отстранения от полёта на Джемини-3 Алана Шепарда Уолтер Ширра вместе с Томасом Стэффордом были назначены дублёрами Вирджила Гриссома, Джона Янга.
5 апреля 1965 — вместе с Томасом Стэффордом Уолтер Ширра назначен в экипаж корабля Джемини-6. Первоначально запуск корабля планировался на 25 октября, в ходе полёта предусматривалась стыковка Джемини-6 с ступенью Agena. Однако старт корабля, из-за не выхода на орбиту ступени Agena, не состоялся и был впоследствии перенесён.
12 декабря 1965 состоялась вторая попытка запуска корабля Джемини-6, которая окончилась неудачей. В ходе полёта планировалось сближение с кораблём Джемини-7, стартовавшим 4 декабря 1965 года. Из-за неисправности ракеты-носителя запуск Джемини-6 был осуществлён только 15 декабря.
Полёт продолжался 1 сутки 1 час 51 минута 24 секунды. В ходе полёта было впервые осуществлено сближение двух пилотируемых космических кораблей.
11 октября 1968 года Уолтер Ширра в качестве командира корабля вместе с Уолтером Каннингэмом и Донном Айзли совершил полёт на КК Аполлон-7. Данный полёт стал первым пилотируемым по программе Аполлон.
Полёт продолжался 10 суток 20 часов 9 минут 3 секунды.
медаль ВМС «За выдающиеся заслуги»:
две медали НАСА «За выдающиеся заслуги».