Natural de Boston, David Walton comenzó a actuar en el instituto; después empezó a estudiar en la Universidad de Brown. También estudió en el The Actors Center y en la British American Drama Academy (BADA).

Poco después de mudarse a Nueva York le escogieron para la producción de Naked Angels “One Day on Wall Street”. Su admirable interpretación llamó la atención de un ejecutivo que le escogió para la serie de televisión Cracking Up. Walton protagonizó junto a Jason Schwartzman, Molly Shannon y Christopher McDonald la serie creada por Mike White. Desde entonces ha aparecido en otras series como The Loop, Heist, Quarterlife, y las comedias de NBC 100 Questions y Perfect Couples.

Recientemente Walton ha intepretado a Will Freeman, el hombre-niño de la comedia de NBC Un niño grande. Recibió muchas alabanzas por su papel junto a Amanda Peet en la comedia de NBC Bent, sobre un mujeriego ludópata en rehabilitación (Walton) y su opuesto (Peet). Medios del calibre de “The New York Times” y “Daily Variety” ensalzaron su ritmo cómico y su carisma.

En cuanto al cine, Walton forma parte del reparto de la película de Sony Think Like a Man Too. También actuó junto a Jeremy Sisto en la comedia indie Break Point, que se estrenó en SXSW en 2014, pero se le conoce más por su papel del novio malvado Dr. Rick en la película de culto de 2009 Guerra de cheerleaders.

Recientemente, en televisión, ha actuado en New Girl en el papel del chico que le gusta a Zooey Deschanel, y también en la película del Hallmark Hall of Fame de ABC Un cambio radical junto a Julia Stiles.

En sus ratos libres a Walton le encanta el golf, el tenis, el hockey y es adicto al backgammon. Vive en Los Ángeles con su mujer, la actriz Majandra Delfino, y sus dos hijos, Cecilia Delphine y Louis Augustus.