歐內斯特沃爾頓出生在今愛爾蘭沃特福德郡鄧加文，那些日子一般牧師的家每三年搬一次，在歐內斯頓還是個小孩時，他和他的家人搬到利默里克和莫納漢。1915年，在成為貝爾法斯頓循道中學的寄宿生前，他在泰隆和韋斯利學院參加了全日制學校，在那里，他擅長科學與數學。

1922年，沃爾頓獲得都柏林三一學院研究數學及科學的獎學金。在1926年及1927年他分別被三一學院授予學士和碩士學位。在大學期間這些年，沃爾頓因為卓越的物理和數學獲得了無數個獎項(總共七個獎項)。畢業(yè)后，在劍橋大學的卡文迪什實驗室歐內斯特盧瑟福主任的監(jiān)督下，他在劍橋三一學院以研究生的身分被接 納。當時有四個諾貝爾獎得主的工作人員在卡文迪什實驗室，另外有五個人出現(xiàn)，其中包括沃爾頓及約翰克羅夫特。1931年，沃爾頓被授予博士學位，并且留在 劍橋做研究直到1934年。

在1930年代初，沃爾頓和約翰克羅夫特合作建立一個以人工器具分裂原子核的鋰原子，以加速內高壓管(700仟伏)轟擊它們，分裂的鋰原子產生氦原子核。這個實驗證明了早期盧瑟福、喬治伽莫夫所提出的原子模型理論。成功的儀器-一種稱為“克羅夫特-沃爾頓發(fā)電機”的粒子加速器，幫助世人進入一個以粒子加速器為實驗基礎的核子物理時代。1951年，沃爾頓和克羅夫特因為這個研究贏得了諾貝爾物理獎。

1934年，歐內斯特沃爾頓回到愛爾蘭，成為都柏林三一學院的物理系研究員。1946年，他被任命為教授。沃爾頓的演講被認為是杰出的，因為他有能力以易于理解的方式解釋復雜的問題。在有限的資源下，他仍然能研究他的興趣。

1974年，雖然他退出了都柏林三一學院，但他保留了他的物理系協(xié)會，直到他最后一次的疾病。去世不久前，他將他的諾貝爾獎章獻給三一學院。1995年6月25日，他在貝爾法斯特過世，享年91歲。