Rodil se je očetu Damjanu in mami Anici (r. Premrl) v Šempetru pri Gorici, kjer je obiskoval Osnovno šolo Ivana Roba. Šolanje je med letoma 2001 in 2005 nadaljeval na Srednji ekonomski in trgovski šoli v Novi Gorici.
Nogomet je začel igrati že pri petih letih kot obetavni deček. Z NK Primorje, ki je takrat sodelovalo z ND Bilje, je igral v 1. slovenski nogometni ligi za moštva U 14 in U 16, s katerima je postal državni prvak, kasneje pa še v moštvu U 18. V zadnjem letu mladinskega staža je prestopil v ND Hit Gorica, kjer je kmalu prešel v člansko moštvo. Z Gorico je zaigral 66 tekem in dosegel 26 golov; s tem klubom je dvakrat postal tudi državni prvak. Julija 2006 je prestopil v klub Sochaux (1. francoska liga), s katerim je že prvo leto osvojil francoski pokal in dosegel gol iz enajstmetrovke. Leta 2009 je zaigral za klub Auxerre, s katerim je v sezoni 2010/11 igral v ligi prvakov in proti Ajaxu dosegel gol iz prostega strela (19. oktober 2010). Leta 2011 je zaigral v prvi italijanski ligi pri Genoi, kjer pa ni dobil veliko priložnosti, zato je v sezoni 2012/13 deloval kot posojeni igralec v Torinu. Leta 2013 je zaigral za sloviti Milan, kjer je na petnajstih tekmah dosegel dva gola, igral pa je tudi v ligi prvakov. Po tej sezoni je prestopil v Chievo (2014/19), zatem pa še v Cagliari (2019/2021).
Reprezentančni dres je oblekel že pri 19 letih (2005) in v njem ostal vse do leta 2018. Za reprezentanco je zaigral na 90 tekmah in dosegel 7 golov. Prvega je slavil na kvalifikacijski tekmi za SP s Poljsko 9. septembra 2009. Bil je eden izmed vidnejših igralcev v ekipi, ki se je leta 2010 uvrstila na svetovno prvenstvo v Južni Afriki, kjer je bil najboljši slovenski nogometaš. Svojo reprezentančno pot je sklenil pri 31 letih (2018), nogometno profesionalno pot pa pri 35 letih (2021).
Vas čas svoje nogometne kariere je igral na položaju zveznega igralca.
Danes živi na Ajdovskem z ženo Matejo, dvema sinovoma in hčerko.
Društvo športnih novinarjev Slovenije mu je podelilo nagrado fair play (2010).
Val 202 • V sredo • Valter Birsa (rtvslo.si)
(1) Valter Birsa – 2010 FIFA World Cup – YouTube
NZS – Nogometna zveza Slovenije
Birsa, V. Včasih se je kupovalo znanje, zdaj pričakovanja. Delo, 2021, leto 63, št. 229, str. 27.
Birsa, Valter (1986–). Slovenska biografija. Slovenska akademija znanosti in umetnosti, Znanstvenoraziskovalni center SAZU, 2013. http://www.slovenska-biografija.si/oseba/sbi1018470/#novi-slovenski-biografski-leksikon (15. julij 2022). Izvirna objava v: Novi Slovenski biografski leksikon: 2. zv. B-Bla. Ur. Barbara Šterbenc Svetina et al. Ljubljana, Znanstvenoraziskovalni center SAZU, 2017.
Plestenjak, R. Valter Birsa spregovoril o čudnih zadevah in vrnitvi v Slovenijo. (citirano 15. 7. 2022): Dostopno na naslovu: Valter Birsa spregovoril o čudnih zadevah in vrnitvi v Slovenijo – siol.net