Måttlig motion ökade storleken på hippocampus, ett område i hjärnan som skapar minnen, hos 120 frivilliga.
Den årslånga studien, som publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences, visade också bättre resultat på minnestester.
Motion kan buffra mot demens såväl som åldersrelaterad minnesförlust.
Det senaste arbetet tittade på friska människor i 60-årsåldern snarare än personer med Alzheimers eller andra former av demens.
Men resultaten har viktiga konsekvenser för åldrande samhällen som står inför en demenstidsbomb.
I Storbritannien har 820.000 människor demens, och denna siffra kommer att fördubblas fram till 2030.
Tills ett botemedel upptäcks, hitta billiga och enkla sätt att vända denna trend är absolut nödvändigt, säger experter.
Professor Kirk Erickson och kollegor från University of Pittsburgh i USA var på väg att undersöka den inverkan som även måttlig motion kan ha på att bevara minnet.
De delade upp sina 120 frivilliga i två grupper. En grupp ombads att börja en träningsregim med att gå runt ett spår i 40 minuter om dagen, tre dagar i veckan, medan de andra var begränsade till att göra enkla stretching och toning övningar.
Hjärnröntgen och minnestester utfördes i början av studien, halvvägs igenom studien och igen i slutet.
Scans visade hippocampus volym ökade med cirka 2% hos personer som gjorde regelbunden aerobic träning. Samma region av hjärnan minskade i volym med 1,4% hos dem som gjorde stretching övningar, i enlighet med den minskning som ses i normalt åldrande.
Båda grupperna visade en viss förbättring över tid av minnestester. I promenadgruppen föreföll förbättringen vara kopplad till den ökade storleken på hippocampus.
Professor Erickson sade: " Vi tänker på hippocampus atrofi i senare liv som nästan oundviklig. Men vi har visat att även måttlig motion i ett år kan öka storleken på den strukturen.
"Hjärnan på det stadiet är fortfarande modifierbar."
Dr Simon Ridley av Alzheimers forskning Trust sade att även om studien inte tittar på minnesförlust i Alzheimers eller demens, föreslår det "det är aldrig för sent att börja träna för att hjälpa till att hålla våra hjärnor friska".
"Även blygsam motion kan förbättra minnet och hjälpa till att skydda hjärnan från normal nedgång orsakad av åldrande.
"Öka bevis tyder på regelbunden motion och en hälsosam kost kan bidra till att minska vår risk för att utveckla demens samt skörda många andra fördelar av att leva en hälsosam livsstil."
Att gå i 40 minuter några gånger i veckan räcker för att bevara minnet och hålla åldrande hjärnor på toppform, visar forskning.