沃尔特·吉尔伯特(1932-)是美国分子生物学家，他和英国的弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）为两种核酸，即脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）碱基顺序的测定做出了贡献，因此两人共同获得1980年的诺贝尔化学奖。

吉尔伯特发现了测定准确的核苷酸（nucleotides）顺序的方法。核苷酸是核酸主要组成部分，决定基因的结构。美国生物化学家和分子生物学家保罗·伯格（Paul Berg）因为研究DNA重组的成果与吉尔伯特分享1980年的诺贝尔奖。

1932年，吉尔伯特出生于马萨诸塞州的坎布里奇（Cambridge, Massachusetts）。他的父亲理查德是经济学家，母亲艾玛·科恩（Emma Cohen）是儿童心理研究者。吉尔伯特小时候在家中接受教育。1939年，吉尔伯特举家迁往华盛顿，吉尔伯特先是在那里的公立学校读书，后来又转学到西德威尔友谊中学（Sidwell Friends High School）。吉尔伯特从小就对科学有浓厚的感兴趣。十几岁的时候，吉尔伯特因为制造了一个可以拍摄到太阳黑子的望远镜获得地区科学奖。

吉尔伯特就读于哈佛大学，并于1953年获得文学士的学位，1954年又获得物理学硕士学位。1957年，他获得英国剑桥大学的数学博士学位。此后他又回到哈佛大学做物理学的博士后研究员，1959年被任命为助理教授。他在哈佛大学一直任职到1981年离开学术领域投身商界。