Walter Crane nació el 15 de agosto de 1845 en el número 12 de Maryland Street, Liverpool, tercero de los cinco hijos de Thomas Crane, retratista y miniaturista, y de Marie Kearsley. Dos meses después, en octubre de 1845, la familia se trasladó a Torquay, en Devon, buscando un clima favorable para la salud quebrantada del padre. Allí Thomas Crane continuó formando a su hijo en el dibujo dentro de su propio estudio, alejándolo de la escolarización convencional. La mejoría del padre permitió a la familia mudarse a Londres en mayo de 1857, con la intención de ampliar las oportunidades profesionales de Thomas. Poco después, hacia los trece años de Walter, este ingresó como aprendiz del grabador en madera William James Linton, con quien debía formarse durante tres años en la técnica necesaria para la ilustración de libros. Las fuentes no coinciden en cómo se desarrolló el final de ese aprendizaje: el archivo institucional que custodia los papeles de Crane sostiene que la muerte súbita de Thomas Crane en julio de 1859 precipitó el fin del período formativo y obligó a Walter a buscar trabajo para sostener a la familia, mientras que el Dictionary of National Biography y otras fuentes biográficas afirman que el aprendizaje con Linton se prolongó de manera regular hasta 1862. En cualquier caso, fue bajo la tutela de Linton donde Crane trabó relación con figuras del comercio editorial londinense, entre ellas J. R. Wise, cuyo libro The New Forest ilustraría más adelante.
En 1862, ya como ilustrador freelance, Crane logró que la Royal Academy aceptara su obra "The Lady of Shalott" para su exhibición, su primer ingreso a ese circuito expositivo. Un año después, en 1863, conoció al impresor Edmund Evans, pionero de la impresión en color mediante grabado en madera, con quien iniciaría una colaboración editorial que se extendería durante más de una década en la producción de los llamados toy books o libritos de seis peniques, editados para las casas Routledge, Warne y Ward. Esta sociedad de trabajo definió gran parte de la producción de Crane entre 1864 y 1876.
En 1874, el diseñador Bruce Talbert recomendó el nombre de Crane a Metford Warner, director de la firma de papeles pintados Jeffrey & Co., empresa que desde 1864 imprimía también los diseños de William Morris. A partir de esa recomendación, Crane comenzó a producir diseños para Jeffrey & Co., de los que se conservan ejemplares fechados: el diseño "Swan, Rush and Iris", pintado en 1875 y conservado en el Victoria and Albert Museum de Londres, y el papel pintado "La Margarete", impreso en 1876 mediante bloques de madera y exhibido ese mismo año en la Exposición de Filadelfia, también custodiado hoy en el Victoria and Albert Museum. Años más tarde, entre 1897 y 1898, la misma firma produjo su diseño "The Day Lily", igualmente conservado en la colección londinense. Crane se convertiría, según consta en la documentación de la propia empresa, en uno de los diseñadores más relevantes de Jeffrey & Co., junto a Lewis F. Day, B. J. Talbert y C. F. A. Voysey.
En el plano personal, la mayoría de las fuentes consultadas —incluidos registros genealógicos, el archivo institucional de Manchester y el Dictionary of National Biography de 1927— sitúan el matrimonio de Crane con Mary Frances Andrews el 6 de septiembre de 1871, en la iglesia de All Souls, Marylebone, siendo ella hija de Thomas Andrews, propietario rural de Winchlow Hall, Hempstead, en Essex. Tras la ceremonia, el matrimonio emprendió un viaje prolongado por Alemania, Suiza e Italia, instalándose después en Roma, donde en febrero de 1873 nació su primera hija, Beatrice. La pareja regresó a Londres en mayo de 1873, residiendo primero en Wood Lane y después en Beaumont Lodge, Shepherd's Bush. Tuvieron además dos hijos varones, Lionel Francis, nacido en 1877, y Lancelot, nacido en 1880, además de otros dos hijos que, según una de las fuentes consultadas, murieron en la primera infancia.
En 1884 Crane figuró entre los miembros fundadores del Art Workers' Guild, agrupación de artistas y artesanos de la que llegaría a ser Master entre 1888 y 1889. Ese mismo año de 1884, dentro de la Social Democratic Federation, un desacuerdo sobre el liderazgo de Henry Mayers Hyndman llevó a un grupo de miembros —entre ellos Crane, William Morris, Eleanor Marx, Ernest Belfort Bax y Edward Aveling— a separarse y fundar la Socialist League, cuya fecha exacta de constitución también difiere entre las fuentes consultadas, el 27 o el 30 de diciembre de ese año según se trate del resumen enciclopédico o del estudio académico especializado. Crane diseñó el emblema que ilustró el manifiesto fundacional de la organización, redactado por Morris junto a Bax, así como la cabecera del periódico Commonweal, órgano oficial de la Liga, en 1885. El 13 de noviembre de 1887 Crane participó, junto a Morris, Hyndman, Annie Besant y John Burns, en la manifestación de Trafalgar Square que pasó a conocerse como Bloody Sunday, dispersada por la policía metropolitana y por destacamentos del ejército, con un saldo documentado de varios manifestantes muertos y cerca de cuatrocientos detenidos.
En 1888 Crane fue uno de los fundadores de la Arts and Crafts Exhibition Society, de la que ejerció la presidencia hasta 1893 y nuevamente entre 1896 y 1912. En octubre de 1891 emprendió, junto a su familia, una gira por Estados Unidos acompañando una exposición itinerante de su obra, regresando a Londres en 1892 para instalarse en el número 13 de Holland Street, Kensington. Ese mismo año de 1891, George Frederic Watts pintó su retrato, hoy conservado en la National Portrait Gallery de Londres. En 1893 asumió el cargo de Director de Diseño de la Manchester Municipal School of Art; sobre la fecha en que dejó ese puesto las fuentes difieren entre 1895, 1896 y 1897. Posteriormente ocupó la dirección artística de Reading College —dato que una fuente sitúa en 1896 y otra en 1898— antes de ser nombrado Principal del Royal College of Art en South Kensington en 1898, cargo cuya duración exacta también varía según la fuente consultada, entre uno y dos años. En 1894, dentro de su relación de colaboración con William Morris, Crane realizó los grabados en madera para la edición de Kelmscott Press de The Story of the Glittering Plain.
El reconocimiento internacional de Crane se amplió en la última década del siglo: el 16 de octubre de 1900 se inauguró en el Museo de Artes Aplicadas de Budapest la mayor exposición reunida hasta entonces de su obra, y en los años 1900 y 1901 su producción se exhibió también en Viena, en el marco de las muestras vinculadas a la Secession. Entre las pinturas realizadas en ese período figura "Neptune's Horses", realizada entre 1892 y 1898, y que se conserva actualmente en la Neue Pinakothek de Múnich, dentro de las colecciones estatales bávaras de pintura.
La última etapa de la vida de Crane estuvo marcada por la muerte de su esposa. Según la mayoría de las fuentes, Mary Frances Crane fue hallada muerta sobre la vía férrea cerca de Kingsnorth, en Kent, el 18 de diciembre de 1914, mientras realizaba una cura de reposo; un jurado forense determinó que se trató de un suicidio cometido en estado de locura temporal. Una fuente distinta, de menor respaldo documental, sitúa ese mismo hecho el 19 de diciembre de 1909. Walter Crane murió apenas tres meses después de la muerte de su esposa, el 14 de marzo de 1915, en el Horsham Cottage Hospital, en West Sussex. Su cuerpo fue incinerado en el crematorio de Golders Green, en Londres, donde permanecen sus cenizas.