Walter Amelung war das jüngste Kind des Versicherungsjuristen Hermann Amelung und dessen Ehefrau Antonie geb. Lebrun († 1904), ehemalige Schauspielerin am Dresdner Hoftheater.
Er besuchte das Marienstiftsgymnasium in seiner Heimatstadt. Nach dem Abitur studierte er klassische Altertumswissenschaften an der Eberhard-Karls-Universität. 1884 wurde er im Corps Borussia Tübingen recipiert.[1] Mit ihm aktiv war der nachmalige Historiker Walther Stein. Als Inaktiver wechselte Amelung an die Universität Leipzig und die Ludwig-Maximilians-Universität München. Mit einer Doktorarbeit bei Heinrich Brunn wurde er 1888 in München promoviert. Von Brunn empfing er prägende Anregungen für seine wissenschaftliche Laufbahn. Zwei Jahre lang arbeitete Amelung, der mütterlicherseits aus einer zu Beginn des 19. Jahrhunderts berühmten Schauspielerfamilie stammte, als Schauspieler in München und Berlin. Erst dann wandte er sich ganz der Klassischen Archäologie zu. 1891–1893 unternahm er ausgedehnte Reisen im Mittelmeerraum. Hier erwarb er umfassende Kenntnisse der antiken Plastik, die er in die Reihe Einzelaufnahmen antiker Skulpturen (mit Paul Arndt, fortgeführt von Georg Lippold) einfließen ließ. Die Reihe war als Vorarbeit für ein Corpus Statuarum Antiquarum gedacht, das jedoch nicht zustande kam.
↑Holger Krahnke: Die Mitglieder der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen 1751–2001 (= Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen, Philologisch-Historische Klasse. Folge 3, Bd. 246 = Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften in Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse. Folge 3, Bd. 50). Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 2001, ISBN 3-525-82516-1, S. 26.