Né en 1963 à Los Angeles, Dylan Walsh est démangé par l'envie de brûler les planches dès son plus jeune âge. Il participe à de nombreux projets théâtraux lors de sa scolarité, puis, alors qu'il poursuit des études supérieures d'anglais, il est à l'affiche de productions prestigieuses au sein de compagnies de la région. Après plusieurs saisons à jouer les classiques, il décide de se lancer sérieusement dans la carrière de comédien.
Il enchaîne alors les rôles secondaires, pour la télé et le cinéma. Sa carrière prend un tournant en 1994 lorsqu'il joue dans "Un homme presque parfait" aux côtés de Paul Newman et de Bruce Willis, puis de la superproduction "Congo". Mais ces deux films ne rencontrent pas le public.
Dylan Walsh continue alors à apparaître sur les écrans dans la série "Brooklyn South" puis dans le film "Jet boy" en 2001. La critique est élogieuse, il enchaîne donc avec le film de guerre "Nous étions soldats" en 2002 avec Mel Gibson puis avec "Créance de sang" dirigé par Clint Eastwood.
Il intègre ensuite la série déjà culte Nip/Tuck où il incarne le rôle du chirurgien esthétique Sean McNamara. On le verra en 2005 dans le long métrage "Il Mare" avec Sandra Bullock et Keanu Reeves.
Dylan Walsh est marié et père de trois enfants.