Родился в семье гауптмана (капитана), ставшего позже генерал-лейтенантом, Александра фон Зейдлиц-Курцбаха, был в семье третьим из десяти детей. Двое его братьев погибли на фронтах Первой мировой войны: старший, Генрих, в 1914; младший, Вольфганг, в 1916 во время битвы на реке Сомме, в которой участвовал и Вальтер. Жена Вальтера фон Зейдлиц-Курцбаха — Ингеборг, урождённая Барт, в семье было четверо дочерей.
18 сентября 1908 вступил в армию в чине фаненюнкера. Прошёл военное обучение в Данциге и в военной академии в Ганновере. С 27 января 1910 — лейтенант, служил в 36-м (2-м Западно-Прусском) полку полевой артиллерии, расквартированном в Данциге.
Участник Первой мировой войны. В 1914—1915 сражался на Восточном фронте, в 1914 в битве у Гумбинена был трижды ранен, потерял указательный палец левой руки. С января 1915 — обер-лейтенант. В июле 1915 ранен в четвёртый раз — в левую стопу. Осенью 1915 вместе со своим полком был переведён на Западный фронт, где участвовал в битве на Сомме (1916), в Ипрском сражении (1917), в сражении во Фландрии (1917), в окопной войне в районе Сен-Квентина (1917—1918), в «наступлении Людендорфа» (1918). С апреля 1917 — гауптман, занимал должности адъютанта батальона, полка и штаба артиллерии 36-й пехотной дивизии. Награждён Железным крестом 1-го и 2-го класса, орденом Дома Гогенцоллернов, Ганзейским крестом и серебряным знаком за ранения.
Был известен как страстный наездник, участвовал в скачках. С 1919 был командиром батареи. В 1920 его полк был переименован во 2-й артиллерийский и переведён в Шверин. Его командиром в полку был будущий главнокомандующий сухопутными войсками барон Вернер фон Фрич, который пользовался большим уважением Зейдлиц-Курцбаха, продолжавшего служить в полку в должности полкового адъютанта.
В 1929—1933 был адъютантом в управлении вооружений военного министерства в Берлине. С 1930 — майор. С 1933 — командир 4-го горнострелкового батальона 6-го артиллерийского полка, расквартированного в городе Верден-на-Аллере в Нижней Саксонии. С 1934 — оберст-лейтенант (подполковник), с 1 апреля 1936 — оберст (полковник) и командир своего полка, переименованного в 22-й артиллерийский.
Вторую мировую войну начал на границе с Нидерландами, где с 20 сентября 1939 командовал артиллерийской частью 102. С 1 декабря 1939 — генерал-майор, с марта 1940 — командир 12-й Мекленбургской пехотной дивизии. В мае 1940 во время французской компании дивизия участвовала в прорыве «линии Мажино» восточнее Трелона, а в июне форсировал Сомму. 15 августа 1940 Зейдлиц-Курцбах был награжден Рыцарским Железным крестом. До декабря 1940 дивизия оставалась во Франции, до мая 1941 находилась в Нидерландах, а затем была переброшена в Польшу.
С 22 июня 1941 участвовал в боевых действиях на Восточном фронте, отличился во время окружения Невеля, сыграл ведущую роль в предотвращении прорыва советских войск в районе Холма. 31 декабря 1941 награждён дубовыми ветвями к Рыцарскому Железному кресту и произведён в генерал-лейтенанты. 1 января 1942 переведён в резерв фюрера. Был членом военного трибунала, судившего бывшего командира корпуса генерала Ханса фон Шпонека, обвинённого в отступлении без приказа. Был противником смертного приговора, который был вынесен генералу, существует предположение, что его позиция повлияла на решение Адольфа Гитлера заменить этот приговор шестью годами заключения (впрочем, после неудачи покушения на Гитлера в 1944 Шпонек был расстрелян).
В марте 1942 вернулся на Восточный фронт, сформировал из 5-й егерской, 8-й егерской и 329-й пехотной дивизий боевую группу под своим командованием, перед которой была поставлена задача деблокировать 2-й корпус (командир — генерал Вальтер граф фон Брокдорф-Алефельд), попавший в окружение под Демянском. Операция получила кодовое название «Наводка моста» (Br?ckenschlag). В боях также участвовала 18-я моторизованная дивизия, а окружённые войска нанесли удар изнутри «котла». В апреле данная задача была выполнена, однако Гитлер, несмотря на возражения Зейдлиц-Курцбаха, отказался вывести части 2-го корпуса с Демянского выступа.
8 мая 1942 Зейдлиц-Курцбах был назначен командиром 51-го корпуса, входившего в состав 6-й армии генерала Фридриха Паулюса. Успешно действовал во втором сражении за Харьков, завершившемся окружением советской группировки войск. Во время Сталинградского сражения его корпус после тяжелейших боёв взял Мамаев курган (13 сентября) и спустя неделю вышел к Волге. Однако это были последние успехи немецких войск в этой битве. Уже в начале ноября 1942 Зейдлиц-Курцбах, понимая возможность окружения, обратился к Паулюсу с предложением вывести из боёв две танковые дивизии, отвести их в тыл и усилить, чтобы использовать их для срыва контрнаступления Советской армии. Однако Паулюс ответил отказом.
Вскоре после окружения 6-й армии 21 ноября выступил за немедленный прорыв из окружения, но и в этом случае не был поддержан Паулюсом, который выполнял приказ Гитлера, запрещавший прорыв. 24 ноября по собственной инициативе отвёл большую часть корпуса на юг для подготовки прорыва. 27 ноября объявил, что приказал подчинённым уничтожить всё лишнее снаряжение (начав с собственного имущества) и быть готовым к прорыву, однако Паулюс вновь запретил идти на этот шаг, а наступление, предпринятое только частью окружённых войск, было обречено на провал. Не желая отказываться от своего плана, обратился с просьбой к командующему группой армий «Б» генералу Максимилиану фон Вейхсу отдать приказ о прорыве, заявив: «Бездействовать в такой ситуации с военной точки зрения преступно. Это преступно и по отношению к германскому народу». Ответа на это обращение, направленное в обход непосредственного начальника (Паулюса) не последовало.
25 января 1943, посчитав, что немецкие войска исчерпали возможности к сопротивлению, предложил Паулюсу отдать приказ о капитуляции. После его отказа обнародовал собственный приказ, разрешавший командирам полков и батальонов сдаваться в плен без особого разрешения. В ответ Паулюс подчинил Зейдлиц-Курцбаха командиру 8-го корпуса генералу Вальтеру Гейтцу, который издал приказ противоположного содержания. 31 января Зейдлиц-Курцбах взят в плен вместе со штабом своего корпуса.
Находясь в лагере военнопленных, принял решение пойти на сотрудничество с советскими властями с целью содействия свержения Гитлера, которого он считал виновным в гибели 6-й армии. Полагал, что воинская присяга была принесена им и другими военнослужащими на верность Германии, а не Гитлеру, а сам фюрер нарушил её, предав своих солдат под Сталинградом. В 1943 такие взгляды разделяли лишь несколько немецких генералов, оказавшихся в советском плену — Эдлер Александр фон Даниэльс, Отто Корфес, Мартин Латтман. 12 сентября 1943 на учредительной конференции в Лунево был избран председателем Союза немецких офицеров, действовавшего под советским контролем. Затем стал также заместителем председателя Национального комитета «Свободная Германия», ведущую роль в котором играли коммунисты.
Неоднократно обращался к немецким военачальникам с призывом выступить против Гитлера или сложить оружие (в зависимости от ситуации на конкретном участке фронта содержание призывов менялось). Примером такой деятельности Зейдлиц-Курцбаха может служить его письмо командующему 9-й армией генералу Вальтеру Моделю, в котором, в частности, говорилось:
Деятельность Зейдлиц-Курцбаха и его соратников не имела большого успеха — ни один немецкий военачальник не последовал их призывам. 26 апреля 1944 военный суд Дрездена заочно приговорил Зейдлиц-Курцбаха к смертной казни по обвинению в государственной измене. Его жена была вынуждена оформить развод с мужем, но после неудачи покушения на Гитлера она и двое старших дочерей были арестованы, а младшие дочери отправлены в «детский лагерь». После вмешательства рейхсминистра вооружений Альберта Шпеера члены семьи генерала были освобождены.
Советские власти изначально рассматривали Союз немецких офицеров как пропагандистский инструмент и не поддержали предложение Зейдлиц-Курцбаха сформировать немецкие войска для участия в войне на советской стороне. Тем не менее, по свидетельству немецкого мемуариста Хельмута Альтнера, лично принимавшего участие в боях на Зееловских высотах, на последнем этапе войны в составе Красной армии приняли участие немецкие подразделения, сформированные из бывших военнопленных вермахта. Они шли в бой в немецкой форме, с немецкими наградами и отличались от гитлеровских войск повязкой на рукаве, выполненной предположительно в цветах флага Веймарской республики. С приближением окончания войны к Союзу немецких офицеров присоединилось значительное количество находившихся в плену военачальников; летом 1944 этот шаг совершил и Паулюс.
После окончания войны Союз немецких офицеров был распущен (2 ноября 1945), а его главе, в благонадёжности которого власти СССР не были уверены, не разрешили вернуться на родину. Некоторое время он содержался на подмосковной даче, где консультировал создателей фильма «Сталинградская битва», а также по заданию военно-исторического управления Генштаба СССР написал воспоминания о ходе боёв на советско-германском фронте. Несмотря на просьбу о репатриации в советскую зону оккупации, он был арестован и 8 июля 1950 приговорён к 25 годам лишения свободы по обвинению в военных преступлениях. По собственным воспоминаниям, был заключён в одиночную камеру и подвергался психологическим пыткам. Яркий электрический свет горел в его камере 24 часа в сутки в течение четырёх лет. 26 ноября 1954 с генералом случился нервный срыв, после чего он был переведён в Бутырскую тюрьму в Москве, а условия его содержания под стражей были смягчены.
Был освобождён из-под стражи 4 октября 1955, после визита в Москву канцлера ФРГ Конрада Аденауэра, следствием которого явилось освобождение из советских мест заключения немецких граждан, осуждённых за военные преступления. Вернулся в ФРГ, где воссоединился с семьёй. Большинство старых друзей игнорировали его, считая предателем. В 1956 суд ФРГ официально отменил вынесенный ему смертный приговор, мотивировав своё решение «отсутствием доказательств, что осуждённый действовал по низменным побуждениям», а также учтя, что генерал «по преимуществу руководствовался… враждебным отношением к национал-социализму». В издаваемой в СССР исторической литературе деятельность Союза немецких офицеров как антифашистской организации оценивалась положительно, но о драматической послевоенной судьбе его председателя ничего не сообщалось.
Последние годы жил в уединении. Спустя два десятилетия после его смерти (23 апреля 1996) был официально реабилитирован Генеральной прокуратурой Российской Федерации.