Вальтер Брандмюллер родился 5 января 1929 года в Ансбахе, Германия. Его отец офицером. Брандмюллер родился в протестантской семье и перешёл в римский католицизм подростком. Он учился в университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене в 1963 году, он заработал докторантуру по истории (докторская тема: «Das Wiedererstehen katholischer Gemeinden in den F?rstent?mern Ansbach und Bayreuth»); и он получил «хабилитацию» в 1967 году с диссертацией «Das Konzil von Pavia-Siena (1423—1424)».
26 июля 1953 года, он был рукоположен в священника в Бамберге Йозефом Отто Кольбом, архиепископом Бамберга. Он вёл пастырскую работу в церкви Святого Иоанна, Кронах, в 1953—1957 годах, и в таковом приходе Святого Мартина, Бамберг, в 1957—1960 годах. После того он продолжил своё обучение в Мюнхене, он служил профессором истории Церкви и патрологии в университете Диллингена с 30 октября 1969 года по 1971 год. С 7 октября 1970 года до своей отставки в 1997 году он был профессором современной и средневековой истории Церкви в университете Аугсбурга. С 1971 года по 1998 год, он был приходским священником прихода Успения Богородицы, Валлесхаузен, епархия Аугсбурга.
Будучи специалистом по истории церковных соборов, он является основателем и редактором журнала «Annuarium conciliorum historiae» (Падерборн, 1969 год); и серии «Konziliengeschichte» (1979 год), которых издано пока 37 томов. Он также издал «Справочник баварской церковной истории» (St. Ottilie, 1991—1999 годы, 3 тома в 4 томах). С 1981 года по 1998 год, Вальтер Брандмюллер был членом Папского Комитета по историческим наукам. Он был назначен Почётным прелатом Его Святейшества 17 июля 1983 года. 22 июля 1990 года, он получил крест ордена «За заслуги перед Федеративной Республикой Германия» от президента ФРГ Рихарда фон Вайцзеккера. С 1998 года по 2006 год монсеньор Брандмюллер служил председателем Международной Комиссии по современной истории Церкви. С 1997 года Брандмюллер был каноником капитула базилики Святого Петра.
С 13 июня 1998 года по 3 декабря 2009 года, он был председателем Папского Комитета по историческим наукам.
Как этого требуется в соответствии с каноническим правом для кардиналов, он был назначен титулярным архиепископом Чезареи ди Мауретании. 13 ноября 2010 года, в церкви Santa Maria dell’Anima, он получил свою епископскую хиротонию. Ординацию возглавлял кардинал Раффаэле Фарина, салезианец — Архивариус и Библиотекарь Святой Римской Церкви, которому сослужили и помогали помогали Людвиг Шиком — архиепископ Бамберга и Джузеппе Де Андреа — титулярный архиепископ Анцио и бывший нунций в Кувейте. Его епископский девиз «Ignem in Terram» (Огонь на землю).
20 октября 2010 года, в ходе генеральной аудиенции, на площади Святого Петра, папа римский Бенедикт XVI объявил о назначении 24 новых кардиналов, среди них и Вальтер Брандмюллер. Согласно традиции монсеньор Брандмюллер будет возведен в сан кардинала-дьякона на этой консистории. Будучи старше восьмидесяти лет на момент своего возведения в сан кардинала, Брандмюллер не имеет права голосовать на Конклаве.
20 ноября 2010 года состоялась консистория на которой кардиналу Вальтеру Брандмюллеру была возложена кардинальская шапка и он стал кардиналом-дьяконом с титулярной диаконией San Giuliano dei Fiamminghi. А 21 ноября состоялась торжественная Месса по случаю вручения кардинальских перстней.