Walt Hansgen commence sa carrière dans le sport automobile relativement tard, à l'âge de trente-deux ans, en 1951. Il achète une Jaguar XK120 avec laquelle il participe à ses premières épreuves organisées par le Sports Car Club of America (SCCA). Il remporte une victoire majeure lors du Grand Prix de Watkins Glen, en 1953. Cette performance lui permet d'attirer l'attention des directeurs d'écurie et de piloter des voitures plus compétitives.
L'année 1956 marque un tournant décisif dans sa carrière lorsqu'il est recruté par Briggs Cunningham pour piloter au sein de sa structure prestigieuse. Au volant d'une Jaguar Type D, il s'impose immédiatement comme la force dominante de la catégorie C-Modified du championnat SCCA et remporte son premier titre national. Cette collaboration avec Cunningham est la plus fructueuse du sport automobile américain de l'époque. Aux commandes des Jaguar, puis des Lister-Jaguar, le pilote américain dicte sa loi sur les circuits américains et remporte le championnat national SCCA de la catégorie C-Modified durant trois saisons consécutives, en 1957, 1958 et 1959. Durant cette période d'hégémonie, il accumule les succès lors des épreuves phares, s'imposant notamment avec autorité lors du Road America 500 en 1959.
Parallèlement à ses campagnes victorieuses sur le sol américain, il élargit son programme pour affronter l'élite mondiale lors des grandes classiques de l'endurance. A partir de 1958, il participe régulièrement aux 12 Heures de Sebring. En 1959, il se rend en Europe pour disputer ses premières 24 Heures du Mans. Il participe à nouveau aux 24 Heures du Mans en 1960, aux côtés de Dan Gurney, au volant de l'unique prototype Jaguar E2A engagé par Briggs Cunningham. L'épreuve se solde par un abandon dû à une panne de soupape.
En 1961, il continue de participer à des compétitions de voitures de sport. En juin, il se rend en Europe pour disputer les 24 Heures du Mans. Toujours sous les couleurs de l'équipe Cunningham, il partage le volant d'une Maserati Tipo 63 avec le pilote néo-zélandais Bruce McLaren. Toutefois, une sortie de route contraint l'équipage à l'abandon.
En octobre, il fait ses débuts officiels dans le championnat du monde de Formule 1 lors du Grand Prix des Etats-Unis, disputé sur le circuit de Watkins Glen. Il s'aligne au volant d'une Cooper T53, une monoplace engagée par son écurie habituelle, celle de Briggs Cunningham. Qualifié en quatorzième position sur la grille de départ, il achève prématurément sa première apparition dans la catégorie reine au quatorzième tour, à la suite d'un accident causé par la présence d'huile sur la piste.
En 1962 et 1963, il reste fidèle à l'écurie de Briggs Cunningham et prend le volant de diverses voitures de Grand Tourisme et de sport-prototypes, notamment des Maserati, des Cooper Monaco et des Jaguar Type E. Il réalise une solide performance lors des 3 Heures de Sebring, se classant deuxième au volant d'une Fiat-Abarth 1000. Cependant, il ne voit toujours pas l'arrivée lors aux 24 Heures du Mans.
En 1964, il monte sur la troisième marche du podium lors des 2 000 km de Daytona, au volant d'une Ferrari 250 GTO. En mai, il revient à la monoplace en prenant le départ des 500 miles d'Indianapolis pour la première fois de sa carrière. Il se qualifie en dixième position et termine à la treizième place. Il enchaîne avec deux troisièmes places lors de deux courses de NASCAR, puis remporte les 500 km de Bridgehampton au volant d'une Scarab Mk. IV-Chevrolet de l'écurie de John Mecom.
En octobre, ses performances convainquent Colin Chapman de faire appel à ses services pour le Grand Prix des Etats-Unis de Formule 1 à Watkins Glen. Intégré à l'écurie officielle Team Lotus, il dispose d'une Lotus 33-Climax. Parti de la 17e place sur la grille, il mène une course d'attente rigoureuse, évite les incidents mécaniques qui frappent ses adversaires et franchit la ligne d'arrivée en cinquième position. Ce résultat lui permet d'inscrire deux points.
En 1965, Walt poursuit sa carrière avec l'écurie de John Mecom dans le championnat des voitures de sport, au volant d'une Lola T70 à moteur V8 Ford. Il s'engage pour la deuxième année consécutive aux 500 miles d'Indianapolis, mais abandonne à cause d'une surchauffe de son moteur. Au cours de cette même saison, il prend sous son aile le jeune pilote américain Mark Donohue, qu'il recommande à ses directeurs d'équipe et associe à lui lors d'épreuves d'endurance pour l'aider à lancer sa carrière professionnelle.
En 1966. Il rejoint alors l'écurie Holman-Moody, chargée de faire triompher Ford dans les grandes classiques internationales d'endurance. Associé à son protégé Mark Donohue, il prend les commandes de la puissante Ford GT40 Mk II. Le duo se montre immédiatement performant lors de l'ouverture de la saison en Floride et décroche la troisième place absolue lors des 24 Heures de Daytona. Quelques semaines plus tard, l'équipage confirme sa compétitivité en franchissant la ligne d'arrivée des 12 Heures de Sebring à la deuxième place, participant ainsi à la domination totale du constructeur américain dans le championnat des voitures de sport.
En prévision de l'objectif principal de la saison, il se rend en France début avril pour participer aux essais préliminaires des 24 Heures du Mans. Le 2 avril, lors d'une session de roulage sur une piste détrempée par de fortes averses, Walt perd le contrôle de sa GT 40 à l'approche de la courbe Dunlop. Il s'engage à grande vitesse dans une voie de dégagement, mais sa voiture ne parvient pas à freiner sur la surface glissante et percute violemment un talus de sable situé à la fin de la voie de dégagement. Le véhicule se disloque sous la violence du choc. Grièvement blessé et souffrant de multiples traumatismes graves, il est désincarcéré, puis transféré dans un état critique à l'hôpital américain d'Orléans. Plongé dans le coma, il ne reprendra pas connaissance et décédera de ses blessures cinq jours plus tard.
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