Walker comenzó su carrera en la pequeña pantalla cuando era muy pequeño, al protagonizar un anuncio de televisión para Pampers. Y es que no es extraño, siendo hijo de una modelo, que con tan sólo dos años ya fuera habitual verlo en los castings. En 1985 comenzó su carrera en televisión, consiguiendo papeles en Highway to Heaven, Who's the Boss?, The Young and the Restless y Touched By an Angel.
La carrera cinematográfica de Walker se inicia en 1987, con el film de horror/comedia Monster in the Closet. Continuó con papeles en muchas otras películas que no tuvieron éxito. No fue hasta 1998 cuando Walker hizo su debut en el largometraje Meet the Deedles, que finalmente le valió la fama. Esto dio lugar posteriormente a su crecimiento como actor y la posibilidad de obtener los roles en películas como Pleasantville, Varsity Blues, She's All That, y The Skulls.
En 2001, Walker alcanzó la fama cuando protagonizó junto a Vin Diesel el film de acción The Fast and the Furious. La película convirtió a Paul en una superestrella, tanto para la crítica como para el público general. Su personaje de Brian O`Connor volvió en 2003 en la secuela 2 Fast 2 Furious y en la recién estrenada este 2009 "Fast and Furious". Aparte de la saga The Fast and the Furious ha actuado en Joy Ride, Into the Blue, y Timeline, y también tuvo un papel secundario en la adaptación de Flags of Our Fathers Clint Eastwood en 2006.
Aparte de las F&F, Walker también ha sido reconocido por el film thriller Running Scared y Eigh Below de Walt Disney Pictures, estrenada en 2006. Eight Below consiguió posicionarse en primer lugar de taquilla, ganando más de US$20 millones durante su primer fin de semana. Durante la filmación de Running Scared, el director Wayne Krame declaró que, "[Walker] este tipo está en otro nivel, pero él no es así realmente" cuando comparan a Walker con su personaje en el film, Joey Gazelle. Kramer continuó diciendo "amo trabajar con él [Walker] porque es como un director complementario, apoya mi visión de lo que es la película. Y aún mejor, es completamente parte del juego."
También protagonizó la cinta independiente The Lazarus Project que fue estrenada en DVD el 21 de octubre de 2008.
Se anunció que Paul Walker junto a Matt Dillon y Hayden Christensen protagonizarían el film de crimen y drama Bone Deep, las filmaciones para este film comenzaron a principios de septiembre de 2008.
