Вальтер Венк родился 18 сентября 1900 года в Виттенберге, в 1911 году поступил в кадетский корпус в Наумберге, а в 1918 году - в среднее вонное училище в Грос-Лихтерфельде. Прослужив некоторое время в добровольческом корпусе, 1 мая 1920 года был зачислен рядовым 5-го пехотного полка в рейхсвер, а 1 февраля 1923 года был произведен в унтер-офицеры.

В мае 1933 года (уже лейтенант) Венк был переведен в 3-й моторизованный разведывательный батальон. Получив звание гауптмана, он прошел подготовку в Генштабе и в 1936 году был переведен в штаб танкового корпуса, расквартированного в Берлине. 1 марта 1939 года он был произведен в майоры и в качестве оперативного офицеры его перевели в 1-ю танковую дивизию в Веймаре.

С 1-й танковой дивизией Вальтер Венк прошел Польскую и Западные кампании. 17 июня, когда дивизия достигла цели своего дневного перехода - Манбельяра, а в баках ее танков осталось совсем мало горючего, Венк принял самостоятельное решение. Будучи не в состоянии связаться с командиром дивизии генерал-лейтенантом Фридрихом Кирхнером, он сообщил Хайнцу Гудериану (командиру XIX корпуса, что приказал атаковать Бельфор. Приказ был одобрен Гудерианом, а французы были застигнуты врасплох. Это смелое решение не осталось незамеченным, и 1 декабря 1940 года Венк получил звание оберстлейтенанта.

22 июня 1-я танковая дивизия пересекла границу СССР. После броска до Ленинграда танковая дивизия была переброшена в зону группы армий "Центр" для нанесения удара в направлении Москвы. Но, как и другие немецкие танковые и моторизованные дивизии, 1-я танковая вязла в грязи русских дорог, а фанатичное сопротивление советских солдат остановило ее продвижение. В декабре после начала крупного наступления советских войск 1-я танковая дивизия была окружена, но благодаря действиям Венка соединения пробилось на позиции германских войск. За это Венк был награжден Золотым крестом и переведен в штаб LVII корпуса, который наступал на Кавказ. Во время Сталинградской катастрофы Вальтер Венк был начальником штаба 3-й румынской армии, которая начала беспорядочное отступление под натиском советских дивизий, оставляя позади себя разрозненные немецкие части. Вен ездил по дорогам и собирал солдат в сборные формирования, в которые входили военнослужащие разных корпусов и армий - из XLVIII корпуса, из аварийных и наземных частей Люфтваффе, тыловые части окруженной 6-й армии, вернувшиеся отпускники. Командир только что созданной группы армий "Дон" фельдмаршал Манштейн, встретившись с Венком в Новочеркесске, сказал ему: "Вы ответите головой, если позволите русским прорваться к Ростову на вашем участке. Оборонительный рубеж должен выстоять. Если он не будет удержан, мы потеряем не только 6-ю армию в Сталинграде, но и группу армий "А" на Кавказе". Оберст Венк удержал позиции, а Манштейн смог сохранить свою армию. За это Вальтер Венк был удостоен Рыцарского креста.

1 февраля Венк был произведен в генерал-майоры и стал начальником штаба 1-й танковой армии. В 1944 году армия попала в Каменец-Подольский котел на реке Днестр, но благодаря умелым действиям Венка армия прорвала окружения и сохранила большую часть техники и солдат. 1 апреля ему было присвоено звание генерал-лейтенанта и должность начальника штаба группы армий "Южная Украина". Уже через 4 месяца его назначили начальником оперативного управления и помощником начальника ОКХ (Obercommando des Heers). Теперь Венк мог докладывать обстановку непосредственно фюреру, что он и сделал на первом же совещании, что очень не понравилось фельдмаршалу Кейтелю.

В середине февраля 1945 года советские войска достигли реки Одер между Шведтом и Грюнбергом, при этом их фланги оставались уязвимыми. Генеральным штабом был разработан план контрудара, который должна была нанести группировка "Фистула" под командованием рейхсфюрера СС Генриха Гиммлера, а на должность начальника штаба поставили Вальтера Венка. По настоянию Гитлера Венк должен был ежедневно приезжать для доклада, что означало каждый день проезжать путь в 200 миль. 14 февраля по пути с линии фронта уставший Венк сменил за рулем потерявшего сознание шофера Германа Дорна. За рулем генерал уснул, и машина врезалась в парапет моста на автобане Берлин-Щецин. Дорн вытащил Венка, у которого было много повреждений черепа, и было сломано пять ребер, из горящей машины. Находясь на лечении, Вальтер Венк 1 апреля получил чин генерала танковых войск (генерал-полковник в РККА) и новую 12-ю армию. В новой армии не было танковых подразделений, а только один противотанковых батальон. Направленный сначала против американцев, 20 апреля Венк получил приказ наступать на восток. В полночь 22 апреля в штаб Венка прибыл Кейтель и заявил, что 12-я армия и остатки 9-й армии должны наступать на Берлин для освобождения столицы и спасения Гитлера. Спорить было бесполезно и Венк согласился, хотя знал, что положение безвыходно. Его основной задачей стало спасение окруженной в Берлине 9-й армии генерал Теодора Буссе. Передовые части 12-й армии смогли прорваться к Потсдаму и дали тем самым возможность частям 9-й армии и некоторым беженцам отойти из города. 24 и 25 апреля в штабе Венка снова появился Кейтель, который требовал более энергичных мер. Единственное, что смог сделать генерал - подойти к Потсдаму вплотную, но резервов для удержания позиций в 12-й армии уже не было. В ночь с 29 на 30 апреля Кейтелю приходили запросы от фюрера о местоположении 12-й армии, но ответить фельдмаршал уже не мог. Венк смог продержаться до 1 мая, когда из города смогли прорваться некоторые части 9-й армии. После этого Вальтер Венк развернул свою армию и быстро двинулся на запад, пересек Эльбу и 7 мая сдался американцам.

После войны Венк занялся коммерческой деятельностью, где смог достичь больших успехов. В конце 60-х годов он удалился от дел.