Уолтер Маттау родился в Нью-Йорке в семье эмигрантов из России. Отец оставил семью, когда Уолтеру было три года. Мальчик остался жить с матерью-швеей и старшим братом Генри. В 11 лет, в самый разгар Великой депрессии, Маттау начал приносить в семью деньги – он продавал напитки в Еврейском театре и порой исполнял маленькие роли, получая за выход на сцену 50 центов.

Окончив школу, Маттау работал лесником в Монтане, инструктором по гимнастике, тренером по боксу. Во время Второй мировой войны был радистом и вернулся домой сержантом с шестью боевыми наградами. 

В 1948 году он дебютировал на Бродвее как дублер Рэкса Харрисона в спектакле «Анна на тысячу дней» в роли 83-летнего английского архиепископа. Следующее десятилетие Маттау постигал премудрости профессии в театрах и на телевидении, дебютировав в кино в 1955-м в «Человеке из Кентукки». Хотя актер много снимался и даже сам поставил один фильм («Гангстерская история», 1960), успех пришел к нему поздно – когда Маттау было за 40 и он сыграл в двух комедиях с Джеком Леммоном («Печенье с предсказанием» Билли Уайлдера, «Странная парочка» Джина Сакса). Во время съемок первой из них у Маттау случился серьезный сердечный приступ из-за любви к курению и азартным играм (однажды он подсчитал, что за свою жизнь проиграл около пяти миллионов долларов). Когда врач посоветовал ему отказаться от вредных привычек, актер бросил курить.

«Каждый актер всю свою жизнь ищет роль, которая соединила бы его таланты с его индивидуальностью. Для меня такой работой была «Странная парочка». После этого все начало получаться». У Джина Сакса, с которым они когда-то вместе посещали уроки актерского мастерства, Маттау снялся еще раз, в «Цветке кактуса» (1969), но уже без Джека Леммона. Образ ворчливого старика так прилепился к актеру, что зрителям трудно было видеть в нем больше, чем просто комика, что крайне раздражало Маттау. Хотя не всегда было понятно (как на экране, так и вне его), шутил актер или говорил серьезно, но этот образ стал привычным. Однако, например, в триллерах «Чарли Уоррик» (1973) и «Смеющийся полицейский» (1974) Маттау удалось показать драматическую сторону своего дарования. 

С начала восьмидесятых актер работал не так много. Он сыграл главную роль в «Пиратах» Романа Поланского, появился в «JFK» Оливера Стоуна, согласился вернуться к комедийному образу в «Деннисе-мучителе» и фильмах «Два ворчливых старика», «Странная парочка-2», снялся в картинах своего младшего сына Чарльза («Миссис Ламберт помнит о любви», «Арфа из травы»).

Избранная фильмография актера:

2000. ОТБОЙ /HANGING UP/, реж . Дайана Китон

1998. СТРАННАЯ ПАРОЧКА-2/ODD COUPLE, THE 2/, реж. Хауард Дейтч

1997. В ОТКРЫТОМ МОРЕ /OUT TO SEA/, реж. Марта Кулидж

1995. АРФА ИЗ ТРАВЫ /GRASS HARP, THE/, реж. Чарльз Маттау

1995. ДВА ВОРЧЛИВЫХ СТАРИКА-2: ОДИН СВАРЛИВЕЕ ДРУГОГО /GRUMPIER OLD MEN/, реж. Хауард Дейтч

1994. КОЭФФИЦИЕНТ ИНТЕЛЛЕКТА /I.Q./, реж. Фред Скепси

1993. ДВА ВОРЧЛИВЫХ СТАРИКА /GRUMPY OLD MEN/, реж. Дональд Петри

1993. ДЕННИС - МУЧИТЕЛЬ /DENNIS THE MENACE/, реж . Ник Касл

1991. JFK /JFK/, реж. Оливер Стоун

1991. МИССИС ЛАМБЕРТ ПОМНИТ О ЛЮБВИ /MRS. LAMBERT REMEMBERS LOVE/, ТВ, реж. Чарльз Маттау

1990. ИНЦИДЕНТ /THE INCIDENT/, реж. Джозеф Сарджент

1988. МАЛЕНЬКИЙ ДЬЯВОЛ /PICCOLO DIAVOLO, IL/, реж. Роберто Бениньи

1987. ПСИХОДРОМ /COUCH TRIP, THE/, реж. Майкл Ричи

1986. ПИРАТЫ /PIRATES/, реж. Роман Поланский

1983. ШКОЛА ВЫЖИВАНИЯ /SURVIVORS, THE/, реж. Майкл Ричи

1982. Я ДОЛЖНА СНИМАТЬСЯ В КИНО /I OUGHT TO BE IN PICTURES/, реж . Герберт Росс

1981. ДРУЖОК, ДРУЖОК /BUDDY BUDDY/, реж. Билли Уайлдер

1981. ПЕРВЫЙ ПОНЕДЕЛЬНИК ОКТЯБРЯ /FIRST MONDAY IN OCTOBER/, реж. Рональд Ним, номинация на премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1980. МАЛЕНЬКАЯ МИСС МАРКЕР / LITTLE MISS MARKER /, реж. Уолтер Бернстайн

1980. ИГРА В КЛАССИКИ /HOPSCOTCH/, реж. Рональд Ним, номинация на премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1978. КАЛИФОРНИЙСКИЙ ОТЕЛЬ /CALIFORNIA SUITE/, реж. Герберт Росс

1978. СЕМЕЙНЫЙ ДОКТОР / HOUSE CALLS /, реж. Говард Зифф

1975. СОЛНЕЧНЫЕ МАЛЬЧИКИ /THE SUNSHINE BOYS/, реж. Герберт Росс, номинация на премию «Оскар» и премия «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1974. СМЕЮЩИЙСЯ ПОЛИЦЕЙСКИЙ /THE LAUGHING POLICEMAN/, реж. Стюарт Розенберг

1974. ПЕРВАЯ ПОЛОСА /FRONT PAGE, THE/, реж. Билли Уайлдер, премия David di Donatello в номинации «Лучший зарубежный актер», номинация на премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1974. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ /EARTHQUAKE/, реж. Марк Робсон

1974. ЗАХВАТ ПОЕЗДА ПЭЛХЕМ , РАЗ , ДВА , ТРИ … / THE TAKING OF PELHAM ONE TWO THREE /, реж . Джозеф Сарджент

1973. ЧАРЛИ УОРРИК /CHARLEY VARRICK/, реж. Дон Сигел, премия Британской киноакадемии BAFTA за лучшую мужскую роль

1971. КОТЧ /KOTCH/, реж. Джек Леммон, номинации на премию «Оскар» и премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1971. ОТЕЛЬ ПЛАЗА /PLAZA SUITE/, реж. Артур Хиллер

1969. ХЕЛЛО, ДОЛЛИ! /HELLO, DOLLY!/, реж. Джин Келли

1969. ЦВЕТОК КАКТУСА /CACTUS FLOWER/, реж. Джин Сакс

1968. КЭНДИ / CANDY /, реж. Кристиан Маркуэнд

1968. СТРАННАЯ ПАРОЧКА /ODD COUPLE, THE/, реж. Джин Сакс, номинация на премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1967. РУКОВОДСТВО ДЛЯ ЖЕНАТОГО МУЖЧИНЫ/GUIDE FOR A MARRIED MAN, A/, реж. Джин Келли

1966. АЗАРТНАЯ ИГРА /ПЕЧЕНЬЕ С ПРЕДСКАЗАНИЕМ /FORTUNE COOKIE, THE/, реж. Билли Уайлдер, премия «Оскар» за лучшую мужскую роль второго плана, номинация на премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль

1965. МИРАЖ /MIRAGE/, реж. Эдвард Дмитрык

1964. СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ /FAIL-SAFE/, реж. Сидни Люмет

1964. ПРОЩАЙ, ЧАРЛИ! /GOODBYE CHARLIE/, реж. Винсент Миннелли

1963. ШАРАДА /CHARADE/, реж. Стэнли Донен

1960. МЫ НЕЗНАКОМЫ, КОГДА ВСТРЕЧАЕМСЯ /STRANGERS WHEN WE MEET/, реж. Ричард Куин

1960. ГАНГСТЕРСКАЯ ИСТОРИЯ /GANGSTER STORY/, реж. Уолтер Маттау

1958. КОРОЛЬ КРЕОЛОВ /KING CREOLE/, реж. Майкл Кертиц

1957. ЛИЦО В ТОЛПЕ /FACE IN THE CROWD, A/, реж . Элиа Казан

1955. ЧЕЛОВЕК ИЗ КЕНТУККИ /THE KENTUCKIAN/, реж. Берт Ланкастер