All’inizio del 1988, la Walker entrò nel cast della soap opera diurna della NBC Santa Barbara, interpretando Andrea Bedford. Più tardi quell’anno, ha iniziato ad apparire in televisione in prima serata. Durante la stagione televisiva 1989-90, ha interpretato la protagonista femminile nella serie di breve durata NBC crime drama True Blue. In seguito è stata guest-star in Matlock, L.A. Law, e Tales from the Crypt. Ha recitato nel film per la televisione NBC del 1991 Perry Mason e il caso della moda fatale come la figlia subdola del personaggio di Diana Muldaur. Nel 1993, ha recitato accanto a Billy Campbell nella commedia-dramma di breve durata della ABC, Moon Over Miami.
Nel 1992, la Walker ha interpretato il ruolo principale femminile accanto a Jean-Claude Van Damme nel film d’azione fantascientifico Universal Soldier diretto da Roland Emmerich. Più tardi nello stesso anno, interpretò la brontolona coinquilina di Sheila Kelley nella commedia romantica Singles di Cameron Crowe. Il suo primo ruolo da protagonista fu nel thriller del 1994 When the Bough Breaks. Nel 1995, ha avuto ruoli di supporto nel successo al botteghino di Sandra Bullock While You Were Sleeping, e nel flop Steal Big Steal Little di Andy García. L’anno seguente, Walker ha recitato accanto a Shaquille O’Neal nel film commedia fantasy, Kazaam.
Nel 1996, Walker è stata scelta come protagonista nel ruolo della dottoressa Samantha Waters nella serie drammatica criminale della NBC Profiler, un ruolo per il quale ha ricevuto una nomination al Saturn Award per la migliore attrice in televisione nel 1998, e un Satellite Award per la migliore attrice – serie televisiva drammatica. Nel 1996, è stata elencata come una delle “40 persone più affascinanti della TV” di People. La Walker ha recitato come protagonista durante le prime tre stagioni, ma ha lasciato lo show nell’autunno del 1999. Fu sostituita da Jamie Luner come nuova profiler durante la stagione finale dello show. Più tardi nel 1999, Walker co-protagonista di fronte a Steve Zahn nel film commedia Happy, Texas, e ha svolto il ruolo principale nel film per la televisione Lifetime, Se ci credi.
Nel 2002, Walker tornò a recitare in e produrre la commedia pilota ABC chiamato My Wonderful Life, che non è stato raccolto. Nel 2005, ha pubblicato un film documentario Per Norman … Wherever You Are come regista e produttrice, che è stato proiettato in diversi festival cinematografici. È tornata al palcoscenico di New York, apparendo in una serie di produzioni Off-Broadway. Dal 2005 al 2010, Walker ha interpretato molti ruoli da ospite in televisione, tra cui Sleeper Cell, ER, The Shield, Boston Legal, Law & Order, CSI: Crime Scene Investigation, Southland, e Law & Order: Special Victims Unit.
Nel 2007, Walker ha recitato nella serie drammatica della HBO sulle relazioni sessuali, Tell Me You Love Me. La serie è stata cancellata dopo una sola stagione. Nel 2009, ha recitato nei film Toe to Toe e Wonderful World al fianco di Matthew Broderick. Dal 2008 al 2010, Walker ha avuto il ruolo ricorrente dell’agente ATF June Stahl, uno dei principali antagonisti della serie crime drama di FX Sons of Anarchy.
Nel 2011, Walker ha avuto il ruolo principale nella serie poliziesca Lifetime The Protector, che ruota attorno ad una madre single che lotta per bilanciare la sua famiglia e la sua vita professionale come detective della omicidi di Los Angeles. La serie è stata cancellata dopo una stagione. Nel 2014, ha interpretato la madre della protagonista Chyler Leigh nella serie di breve durata della NBC, Taxi Brooklyn. Ha fatto il suo debutto alla regia e alla scrittura di un lungometraggio con Sex, Death and Bowling con Selma Blair. Nel 2015, è stata scritturata in ruoli ricorrenti nel dramma criminale di Netflix Longmire, e nel thriller di USA Network, Colony.