Geboren ist Walter Arnold am 27. August 1909 in Leipzig als Sohn eines Steinmetz. Er absolvierte von 1924 bis 1928 eine Ausbildung als Holz- und Steinbildhauer. Bis 1932 studierte er an der Leipziger Kunstgewerbeschule Plastik und Keramik. Bis 1933 war er Assistent an der Kunstgewerbeschule und danach freischaffender Künstler in Leipzig. 1946 wurde Arnold Lehrer an der Hochschule für Grafik und Buchkunst in Leipzig, 1949 folgte er dem Ruf an die Hochschule für Bildende Künste Dresden, an der er bis 1970 als Professor für Bildhauerei tätig war.
1952 wurde Arnold als Mitglied der Akademie der Künste in Berlin berufen und von 1958 bis 1964 war er Präsident des Verbandes Bildender Künstler der DDR.
Am 11. Juli 1979 verstarb Walter Arnold in Dresden.

Walter Arnold gehörte zu der ersten Generation der Bildhauer in der DDR.
Er war der Lehrer vieler Bildhauer, die später die Skulptur und die Plastik in der DDR und darüber hinaus prägten. Werner Stötzer, Wieland Förster, Jo Jastram, Helmut Heinze, Gerd Jaeger und Berndt Wilde waren unter anderem seine Schüler.