Walter Mettler war das drittjüngste Kind des Zimmermeisters und Herisauer Gemeinderats Jakob Mettler und der Anna Barbara, geborene Ramsauer. Er wuchs mit elf Geschwistern in Herisau auf.
Von 1892 bis 1898 lebte Mettler ausschliesslich in New York. Nach seiner Rückkehr hielt er sich für zwei Jahre in Paris auf. Anschliessend lebte er für kurze Zeit in München, wo er neben seinem künstlerischen Schaffen als Kassier der Sektion München der GSMBA amtete. Da Mettler mittellos war, wohnte er in seinem Atelier.
Kurz vor Ausbruch des Zweiten Weltkrieges siedelte Mettler, wie viele seiner Schweizer Künstlerfreunde, nach Zürich über. Dort bezog er in der Nähe des Bahnhofs Letten, Ecke Rousseaustrasse/Spielweg, ein städtisches Atelier. In den folgenden Jahren beteiligte er sich an Wettbewerben, u. a. für den Geiser-Brunnen (1910), und führte private wie auch verschiedene Arbeiten im öffentlichen wie im halböffentlichen Raum aus.
1904 wurde sein Entwurf für das Bronze-Relief «Uli Rottach kämpft vor der brennenden Hütte gegen den Feind» an der Fassade des Rathauses in Appenzell von der dortigen Denkmalkommission angenommen und am 26. Juni 1905 eingeweiht. Mettler schuf 1920 das Soldatendenkmal in Oberdiessbach und 1921 das Wehrmannsdenkmal in Herisau.
Die von Mettler geschaffene Brunnenskulptur «Die Wasserträgerin oder Milchmädchenbrunnen» am Helvetiaplatz in Zürich, die eine Wehntaler Bäuerin darstellt, wurde 1952 abgebrochen. Die Skulptur gilt als verschollen. 1953 liess das Hochbauamt Zürich auf dem neu gestalteten Platz die von Karl Geiser geschaffene Skulptur «Denkmal der Arbeit» platzieren.
Valentin Walter Mettler verstarb vereinsamt und mittellos in Zürich. Die Herisauer Architekten Eva Keller und Peter Hubacher gaben 2015 eine Dokumentation über das Leben und Werk von Valentin Walter Mettler heraus.[2]