Walter Cygnaeus (31. toukokuuta 1856 Pietari – 22. heinäkuuta 1930 Kuopio) oli suomalainen ylilääkäri ja professori.
Cygnaeuksen vanhemmat olivat ylitarkastaja Uno Cygnaeus ja Anna Charlotta Axiane Diederichs. Hän pääsi ylioppilaaksi 1876 Helsingin ruotsalaisen normaalilyseon suomenkieliseltä osastolta ja valmistui Helsingin yliopistosta filosofian kandidaatiksi 1881, filosofian maisteriksi 1882, lääketieteen kandidaatiksi 1885 sekä lääketieteen lisensiaatiksi ja tohtoriksi 1890. Vuosina 1892–1901 hän teki useita ulkomaisia opintomatkoja, muun muassa Kööpenhaminaan, Berliiniin, Dresdeniin, Wieniin, Müncheniin ja Zürichiin.
Cygnaeus oli 1890–1896 aluelääkärinä Sörnäisissä ja Töölössä sekä assistenttina Helsingin kirurgisessa sairaalassa 1892–1896. Hän toimi lääninsairaalan ylilääkärinä Kuopiossa 1896–1926. Hän sai ylimääräisen professorin arvon 1906.
Cygnaeus osallistui sektionigeologina Suomen geologiseen tutkimukseen vuosina 1880, 1882 ja 1883. Suomen lääkäriseurassa hän toimi muun muassa sihteerinä vuosina 1895–1896.
Walter Cygnaeus testamenttasi suurimman osan omaisuudestaan Helsingin yliopiston lääketieteelliselle tiedekunnalle omaa nimeään kantaneelle syöpätautien vastustamisrahastolle. Hän lahjoitti isältään perimänsä muistoesineet Jyväskylän Cygnaeus-museolle.
Maanviljelysneuvos ja Suomen Eläinvakuutusyhtiön toimitusjohtaja Johannes Cygnaeus (1858–1914) oli Walter Cygnaeuksen veli.