Dia mengawali karir filmnya sebagai aktor cilik, lalu bekerja pada berbagai proyek sinema, dari Shark Week sampai film-film produksi Disney.
Berikut sekelumit perjalanan akting bintang bermata biru menawan ini, seperti ditulis The Hollywood Reporter.
- "Pleasantville" (1998), saat membintangi film ini Walker berusia 25 tahun
- "Varsity Blues" (1999) merupakan drama tentang sepakbola Amerika
- "She's All That" (1999) memerankan seorang bad boy
- "The Skulls" (2000)
- "Fast and Furious"(2001), ini adalah peran terbesarnya dalam karir filmnya, memerankan Brian O'Conner yaitu detektif LAPD
- "Joy Ride" (2001), bermain bersama Steve Zahn dan Leelee Sobieski dalam thriller pembunuh spikopat
- "Into the Blue" (2005), bermain bersama aktris Jessica Alba
- "Eight Below" (2006), film penoreh box office terbesar Walker di luar franchise "Fast & Furious".
- "Fast & Furious" (2009), kali ini berperan bersama Vin Diesel, Michelle Rodriguez, dan Jordana Brewster
- "Shark TV" (2009), film dokumenter
- "Takers" (2010), main bareng dengan Hayden Christensen mengenai kelompok perampok bank
- "Pawn Shop Chronicles" (2013), Walker juga menjadi produser film ini
- "Fast & Furious 6" (2013), salah satu film pencetak sukses terbesar tahun ini dengan mengantungi pendapatan 788,6 juta dolar AS