Walter Gilbert (Boston, Massachusetts, 21 de marzo de 1932) es un físico, bioquímico y profesor universitario estadounidense galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1980.
Estudió física, química y matemáticas en la Universidad Harvard.
Posteriormente realizó el doctorado en matemáticas en la Universidad de Cambridge y en bioquímica en Harvard, donde fue nombrado profesor de biología molecular.
En 1980, su contribución a la determinación de las secuencias de base de los ácidos nucleicos le valió el Premio Nobel de Química de 1980, que compartió con su compatriota Paul Berg y el británico Frederick Sanger.
Walter Gilbert también propuso por primera vez la hipótesis del mundo ARN para el origen de la vida, modelo propuesto por Carl Woese en 1967.