Sein Vater war der zoologisch und botanisch stark interessierte Veterinärrat Fedor Arndt, der von 1890 bis zur Pensionierung 1928 in Landeshut den städtischen Schlachthof leitete. Walther Arndt besuchte die Volksschule und das Realgymnasium seiner Geburtsstadt. Der Tod der Mutter an Arndts Geburtstag 1905 führe zu einer noch innigeren Bindung an seinen Vater und seine um fünf Jahre jüngere Schwester. Ab 1909 studierte er an der Universität Breslau Medizin und Naturwissenschaften. Schon während des Studiums wurde er von verschiedenen Gesellschaften eingeladen, an den unterschiedlichsten Expeditionen teilzunehmen. Auf diese Weise erforschte Arndt die Hohen Tauern, Korsika und Norwegen.
Am 18. August 1914 bestand er die medizinische Prüfung, erhielt kurz darauf seine Approbation und ging als Kriegsfreiwilliger und Feldunterarzt an die Ostfront. Nicht einmal zwei Monate später geriet er in Ostpreußen in russische Gefangenschaft und wurde nach Sibirien gebracht. Dort erlernte er die russische Sprache, studierte Land und Leute sowie die jagdlichen Verhältnisse und übernahm die ärztliche Betreuung deutscher Kriegsgefangener beim Bau der Atschinsk-Minussinsker Eisenbahn. Später kam er nach Spasskoje und Chabarowsk und wurde 1917 als Arzt ausgetauscht. Anfang Mai 1918 ging er als Mitglied der Kriegsgefangenenfürsorge erneut nach Russland. Da er damit rechnete, erneut festgenommen zu werden, deckte er sich vorsorglich mit wissenschaftlicher Literatur und zoologischem Sammelgerät ein. Er geriet tatsächlich erneut in russische Gefangenschaft und kehrte erst im August 1919 nach Deutschland zurück. Seine für ihn auch wissenschaftlich äußerst interessante Reise in die Heimat führte über Wladiwostok, Japan, die Philippinen, San Francisco, New York und Schweden.
1919 wurde Arndt zum Dr. med. und im darauf folgenden Jahr zum Dr. phil. promoviert. 1920 berief man ihn für ein Jahr zum Volontär des Zoologischen Instituts und Museums der Universität Breslau. Dort veröffentlichte er seine ersten Forschungsergebnisse. 1921 wechselte Arndt als Assistent an das Museum für Naturkunde in Berlin. 1923 war er maßgeblich an groß angelegten hydrochemischen Untersuchungen an der Nordsee beteiligt. In Berlin avancierte er 1925 zum Kustos und 1931 zum Titularprofessor. Ab 1926 fungierte Arndt als Herausgeber der Fauna Arctica. 1938 berief man ihn in die Internationale Zoologische Nomenklatur-Kommission.
Seiner Schwester und seinem Vater, der 1928 nach Berlin übersiedelte, war er stets eng verbunden. Die Schwester betreute während seiner Studienzeit sein Formicarium und seine etwa 120 lebenden Wirbeltiere, wobei sie auch Messungen nach seinen Anweisungen durchführte. Der Vater half ihm seit 1928 bis zu seinem Tod 1943 in Berlin bei der zeitraubenden Vorbereitung zu einigen Veröffentlichungen.
Wegen kritischer Äußerungen über den Nationalsozialismus wurde Arndt 1943 denunziert: zum einen vom Ehepaar Siegfried und Hanneliese Mehlhausen (eine Jugendfreundin und enge Freundin der Schwester Arndts) und zum anderen von seinem Kollegen Wolfgang Stichel (Zoologe, Spezialist für Wanzen). Trotz mehreren Gnadengesuchen von Kollegen, unter anderen von Hanns von Lengerken, Ferdinand Sauerbruch, Oskar Heinroth, Katharina Heinroth, Franz Ruttner und Hans Hass, wurde Arndt am 11. Mai 1944 vom Volksgerichtshof verurteilt und am 26. Juni im Zuchthaus Brandenburg-Görden hingerichtet.[1]
Walther Arndt starb im Alter von 53 Jahren. Seine Urne wurde am Rande des Friedhofs von Berlin-Marzahn verscharrt und bei Kriegsende geborgen. Sie wurde zunächst in Berlin-Wilhelmshagen beigesetzt und später von seiner Schwester, Ilse Habernoll, nach Bonn überführt und auf dem Südfriedhof bestattet.[2]
Das Schwurgericht Moabit verurteilte die Eheleute Mehlhausen sowie Stichel am 22. September 1949 zu 15, 12 und 8 Jahren Zuchthaus.[3][4] 1950 nahm die Deutsche Zoologische Gesellschaft Walther Arndt als ewiges Mitglied für alle Zeiten auf und bestimmte, dass sein Name in allen Mitgliederlisten als erster geführt wird.
Nach ihm ist der Walther-Arndt-Preis benannt.