Ele estudou atuação no Seminário Max Reinhardt, em Viena e no Instituto de Cinema e Teatro Lee Strasberg, em Nova Iorque. Começou com peças, atuando em teatros como o Schauspielhaus Zürich de Zurique, o Burgtheater de Viena e no Festival de Salzburgo. Ascendeu atuando na televisão e, em 2000, dirigiu seu primeiro filme, a produção televisiva Wenn man sich traut.
Em 2009, no filme Inglourious Basterds, de Quentin Tarantino, Waltz encarnou o Standartenführer Hans Landa, também conhecido como "O Caçador de Judeus". Por este trabalho, ele foi agraciado com o prêmio de melhor ator no Festival de Cannes de 2009 e foi bem recebido pelos críticos e pelo público em geral. Tarantino reconheceu a importância de Waltz para seu filme, afirmando: "Acho que Landa é um dos melhores personagens que já escrevi e hei de escrever e Christoph o fez tão bem... realmente, se não encontrasse alguém tão bom quanto Christoph, talvez não tivesse feito Inglourious Basterds."Com "Bastardos Inglórios" ganhou também o prêmio de melhor ator coadjuvante pelo Globo de Ouro e de melhor ator coadjuvante no Oscar 2010.