Fue periodista y asesor de la Cinemateca de Río y del periódico Correo de la Mañana. Se desempeñó como asistente de Glauber Rocha en Dios o diablo en la tierra del sol, y como autor fue continuador del movimiento Cinema Novo, aunque en una clave más comunicativa, tal vez cercana al primer Nelson Pereira Dos Santos. También cultivó el corto y el documental, y en los setenta, luego de realizar dos largos de ficción, se refugió en la televisión realizando unos sesenta documentales y filmes producidos por O Globo.

Tras su ópera prima, Menino de Engenho (1965), Lima realizó otras ocho películas entre las que destacan Brasil, año 2000, premiada en el Festival de Berlín, y la llamada "Trilogía del deseo", integrada por A Lira do Delirio (1978), metáfora poética sobre el carnaval, Ele, o Boto (1987), inspirada en una leyenda amazónica, y La ostra y el viento (1998), que participó exitosamente en el Festival de Venecia, y cuenta la historia de una niña que vive en la soledad de una isla sin más compañía que su padre, cuidador de un faro, y un anciano. La niña imagina una relación amorosa y sexual con el viento, que desatará en ella la indomable fuerza del deseo.

Aparte de estos títulos también destaca la preciosista y romántica Inocencia (1983), una historia que transcurría en 1860 en el Brasil colonizado y rural, y se concentra en el amor prohibido de dos jóvenes, él médico, ella enferma de malaria y prometida por su padre a otro hombre.

En esa misma década, Lima Junior no dejó de anotarse éxitos con Chico Rey (1987), en la cual volvía a triunfar su estilo enigmático, de rara sensibilidad para captar imágenes metafóricas, vehementes, que apuestan por un cine bien realizado, convincente en términos de historia, a medio camino entre la realidad y la fantasía.

El cine de Walter Lima siempre ha exaltado los sentidos, la belleza, la libertad y los sueños, de modo que a veces derivó a un tipo de melodrama particularmente denso y elegante. El director ha dicho que le interesa hablar sobre la naturaleza humana, aproximarse al alma, mostrar los conflictos internos.

Filmografía
1963 Arafa (Asistente de dirección)
1964 Dios o diablo en la tierra del sol (Asistente de dirección)
1965 El niño del ingenio
1967 Ele o Boto
1968 Brasil año 2000 
1970 Na boca da noite 
1970 Arquitetura, a transformação do espaço 
1977 Conversa com Cascudo 
1977 La lira del delirio 
1978 Joana Angélica 
1982 Em cima da terra, embaixo do céu
1983 Inocencia
1987 Chico Rey
1994 The Monk and the Hangman's Daughter
1995 O monge e a filha do carrasco
1998 La ostra y el viento
2001 Um crime nobre
2001 El hijo predilecto
2005 Thomas Farkas, brasileño
2006 Os Desafinados