Etter examen artium 1913 dro han til Det Kongelige Frederiks Universitet og fikk cand.med. 1919 og ansettelse ved Anatomisk institutt der han studerte hvordan øyefargen på bananfluer arves. Med Francis Harbitz til sjef var han prosektor ved Patologisk institutt 1924-38 der han i 1927 fant ut noe om fargeblindhet. Fra 1933 studerte han farskapssaker og ble i 1938 professor ved det nye Rettsmedisinsk institutt. Han var sønn av musikeren og politikeren Fredrikke Waaler, og bror til psykolog Rolf Waaler (1898–2000) og lege Erik Waaler (1903–97), samt onkel til legen Bjarne Arentz Waaler.