Walter von Keyserlingk est le fils du baron Ewald von Keyserlingk et de son épouse Katharine, née Lenke. Il descend d'une famille ancienne de la noblesse de Westphalie, dont une branche (sous l'orthographe de Keyserling) s'est installée en Livonie et en Courlande.
Il entre le dans la marine impériale allemande en tant que cadet. Il est nommé attaché de marine, le , et envoyé à l'ambassade allemande de Saint-Pétersbourg, où il demeure jusqu'au , avec la responsabilité de traiter de la politique navale.
Keyserlingk est nommé contre-amiral[1], le , et prend la direction du département des opérations à l'amirauté, laissant le commandement du Kaiser au capitaine de vaisseau Max Loesch. Keyserlingk est alors spécialement chargé des opérations de la mer du Nord et de la Baltique, où l'écroulement de l'Empire russe quelques mois plus tôt a changé la donne. Du au , il est aussi mandaté comme responsable du haut commandement des forces terrestres et navales chargé de négocier avec la Russie bolchévique la fin des combats.
Le vice-amiral-baron von Keyserlingk est ensuite nommé responsable de la sécurité navale en mer Baltique. Il ne démissionne pas à la chute de l'Empire allemand et demeure à ce poste, jusqu'au .
