Er studierte auf Wunsch seines Vaters Philosophie, nahm aber heimlich von 1914 bis 1916 bei Albert Steinrück Schauspielunterricht. An einer Münchner Studentenbühne gab er 1916 sein Debüt in einer Inszenierung Steinrücks. Sein erstes Engagement erhielt er 1916/17 am Hoftheater München. Seine nächsten Stationen waren Nürnberg (1917/18), Frankfurt am Main (1918/19) und das Lobe-Theater in Breslau (1919–1921).
Er kehrte dann wieder an das Staatstheater zurück, wo er bis 1944 viele tragende Rollen übernahm. 1937 wurde er zum Staatsschauspieler ernannt. Man sah ihn in der Titelrolle von HauptmannsFlorian Geyer (1927) und der des Woyzeck (1927), Milliardärssohn in KaisersGas I (1928, Schillertheater), Brackenburg in Egmont (1928), Kreon in König Ödipus (1929), Scott in GoeringsDie Südpolexpedition des Kapitän Scott (1930), Brutus in Julius Cäsar (1930), Octavio in Wallenstein (1931), Karl in Die Räuber (1932), als Faust in Faust II (1933), Friedeborn in Das Käthchen von Heilbronn (1937), Eduard IV. in Richard III. (1938), Cassius in Julius Cäsar (1941) und Erzherzog Matthias in GrillparzersEin Bruderzwist im Hause Habsburg (1942).
1953 erhielt Franck das Bundesverdienstkreuz (Steckkreuz) und 1956 das Große Verdienstkreuz, 1955 den Berliner Kunstpreis und 1961 den Deutschen Kritikerpreis. Er war Mitglied der Berliner Akademie der Künste. Nach seinem Tod, der ihn auf einer Urlaubsreise in Garmisch-Partenkirchen ereilte, schrieb Friedrich Luft in Theater heute, Heft 9 über ihn: „Walter Franck schien geschaffen, alle Übeltäter, alle Brunnenvergifter, alle Schubjaks und Teufel der großen Weltliteratur zu spielen. Und er spielte sie ziemlich alle – und er spielte sie grandios.“
Beigesetzt ist Walter Franck auf dem Friedhof Garmisch in Garmisch-Partenkirchen.
1960: Heinrich von Kleist: Prinz Friedrich von Homburg (Friedrich Wilhelm, Kurfürst von Brandenburg) – Regie: Boleslaw Barlog (Schiller Theater Berlin)
1961: August Strindberg: Totentanz – Regie: Walter Henn (Schlosspark Theater Berlin)
C. Bernd Sucher (Hrsg.): Theaterlexikon. Autoren, Regisseure, Schauspieler, Dramaturgen, Bühnenbildner, Kritiker. Von Christine Dössel und Marietta Piekenbrock unter Mitwirkung von Jean-Claude Kuner und C. Bernd Sucher. 2. Auflage. Deutscher Taschenbuch-Verlag, München 1999, ISBN 3-423-03322-3, S. 194 f.