A haditengerészeti akadémia elvégzése után repülőtisztként szolgált. Repülőmérnöki diplomát követően berepülőpilótaként különleges fegyverek kísérleteiben működött közre. 1963. október 17-től a harmadik amerikai csoportban kezdte meg az űrhajóskiképzést. 10 napot, 20 órát és 8 percet töltött a világűrben. 1972. június 1-jével leszerelt a NASA űrhajóskötelékéből és a légierőtől.
Az Apollo–7 volt az Apollo-program első emberes repülése. A legénység (Walter Schirra parancsnok, Donn Eisele, a parancsnoki modul pilótája és Walter Cunningham holdkomppilóta) 11 napos küldetést teljesített, berepülve az Apollo-kabint.
Apollo–10
Eisele 1969 májusában az Apollo–10 tartalék parancsnoki modul-pilótája.