Walter Rudolf Hess nacque a Frauenfeld come il secondo di tre figli da Clemens Hess e Gertrud Hess. Suo padre la incoraggiò a perseguire una carriera scientifica e con lui condusse esperimenti nel suo laboratorio di fisica. Walter Rudolf iniziò a studiare medicina a Losanna nel 1899 e successivamente a Berlino, Kiel e Zurigo. Ottenne la laurea in medicina all'Università di Zurigo nel 1906 e si formò come chirurgo a Münsterlingen (nello stesso cantone della sua città natale, Frauenfeld) sotto Conrad Brunner (1859-1927).