Окончил медицинский факультет Дерптского университета в 1841 году. Ученик Н. И. Пирогова. Продовжил изучение медицины в Берлине у знаменитого анатома и физиолога Иоганна Мюллера и в Вене у Карла Рокитанского.
По рекомендации Пирогова в 1843 году избран адъюнктом, а в 1846 — профессором кафедры физиологической анатомии и микроскопии Киевского Университета Св. Владимира. В Киеве Вальтер проработал более 30 лет, до 1874 г. С 1844 по 1867 год он возглавлял кафедру физиологической анатомии и микроскопии, а также руководил анатомическим театром университета. В 1845 году защитил первую в истории Киевского университета диссертацию по медицине «Микроскопическое исследование механизма сплетения волос в колтун».
Научные работы посвящены проблемам функциональной морфологии, физиологии кровообращения, общей физиологии. В 1842 году с помощью экспериментов на лягушках установил, что раздражение симпатических нервов приводит к сужению просвета сосудов, а их выключение, наоборот, к расширению. Таким образом, Вальтер раньше Клода Бернара доказал регулируемое влияние симпатических нервов на тонус кровеносных сосудов.
Начиная с 1862 года опубликовал большую серию работ про процессы теплотворения и терморегуляции у живых организмов. Например, изучив действие холода, предложил охлаждение как средство для уменьшения кровотечения у животных во время проведения вивисекций.
В своем учебнике «Курс анатомии человеческого тела» (1852), в отличие от других авторов того времени, использовал множество данных по физиологии.
Основал и издавал на собственные средства журнал «Современная медицина» (1860—1880), первый медицинский журнал Украины. Более половины подписчиков журнала были специалистами из Европы и Росии. Журнал пропагандировал физиологическое направление в медицине, критиковал состояние медико-санитарного дела в России тих лет, поднимал вопросы реформирования высшей школы и т. п. До 1876 года журнал издавался в Киеве, а затем, в связи с переездом Вальтера, — в Варшаве (до 1880 года).
В первые годы существования медицинского факультета кафедра анатомии размещалась сперва в арендованном частном доме, а затем в Красном корпусе университета, откуда она была выведена в 1847 г.
В 1851—1853 гг. был возведен корпус Анатомического театра (в настоящее время — Национальный музей медицины Украины), что случилось в значительной степени благодаря энергичности и настойчивости А. П. Вальтера. Вместе с архитектором А. В. Беретти Вальтер выбирал место и разрабатывал проект «Анатомикума» (анатомического театра) по улице Фундуклеевской. По словам его преемника, профессора В. А. Беца, это был настоящий дворец науки, который по своим возможностям превышал большинство подобных европейских учреждений.
В 1867 году Вальтер оставил кафедру, однако в 1869 году он становится сверхштатным профессором анатомии. В 1874 году он окончательно прощается с университетом, получив назначение медицинским инспектором варшавских гражданских больниц, где и проработал до самой свей смерти.
В своем завещании Вальтер написал: «Желаю быть похороненным на русской земле, рядом с родным Киевским университетом». Согласно его воли, Александр Петрович похоронен в Киеве, на Байковом кладбище.