Cylindropuntia waltoniorum es una especie de cactus que crece como un arbusto o pequeño árbol, de hábito monopodial y alturas de 0,7 a 1,8 m. Desarrolla un tronco bien definido, con ramas abiertas que a veces se desprenden con facilidad.

Los tallos son erectos, articulados y están formados por segmentados delgados. Cada uno de ellos mide de 3 a 14 cm de largo y de 0,6 a 1,5 cm de diámetro. Son cilíndricos, tienen la epidermis de color verde claro a gris verdoso y comúnmente adquieren tonalidades púrpura-marrón, especialmente alrededor de las areolas. Presentan tubérculos generalmente bajos, elongados y miden de 1 a 1,9 cm de largo, de 0,2 a 0,4 cm de ancho y de 0,1 a 0,4 cm de alto.

Sobre los tallos se asientan areolas de color crema que se tornan grises con la edad, miden de 2 a 3 mm de largo y de 2 a 3 mm de diámetro. Poseen gloquidos de color dorado marrón o color óxido y miden de 2 a 3 mm. Además hay de 0 a 4 gloquidos similares a pelos en la base de la areola, llegando a medir de 3 a 5 mm.

La mayoría de las areolas presentan de 1 a 6 espinas (aunque también pueden faltar) de color gris y tienen las puntas de color naranja claro a amarillo. Están cubiertas por una vaina epidérmica de color amarillo a dorado que parece de papel. De entre ellas, las espinas centrales son rígidas, están orientadas hacia adelante o ligeramente hacia abajo y miden de 1 a 3,5 cm de largo, con diámetros de 0,2 a 0,5 mm. También hay de 1 a 3 espinas radiales pequeñas, de hasta 0,5 cm de longitud.

Las flores tienen los tépalos internos de color rojo y los filamentos de los estambres son verdes. Se abren durante el día (diurnas), son polinizadas por abejas y florece en abril.

Los frutos van de verdes a rojos, son carnosos y sin espinas (o con algunas espinas dispersas). Su forma va de obovada a clava y a veces son prolíficos, produciendo frutos o tallos. Miden de 1,7 a 2,5 cm de largo y de 1,2 a 2 cm de diámetro. En su interior contienen de 0 a 5 semillas de color pardo, están comprimidas lateralmente y son de contorno circular. Tienen un diámetro de 3,5 a 5 mm y su número de cromosomas es de 2n = 44.^[2]​

El área de distribución nativa de esta especie es el noroeste de México, distribuyéndose desde el sur de Baja California hasta el sur de Baja California Sur y algunas islas adyacentes del Pacífico y del Golfo de California.

Crece principalmente en biomas desérticos o de matorral seco, a elevaciones de 50 a 700 metros sobre el nivel del mar.^[2]​

Cylindropuntia waltoniorum fue descrita por el botánico Jon Paul Rebman y publicada por primera vez en la revista científica Madroño 62: 60 en el año 2015.^[3]​

Etimología

• Cylindropuntia: nombre genérico formado por dos palabras: el sustantivo griego kýlindros (que significa 'cilindro') y el género Opuntia, (con el que el género tiene similitudes), haciendo referencia a la forma cilíndrica de los tallos de las plantas.^[4]​
• waltoniorum: epíteto específico otorgado en honor a John Thomas Walton y Christy Walton por su apoyo a largo plazo en investigación, conservación y educación en la península de Baja California y en el Golfo de California.^[2]​

Se cultiva muy raramente como planta ornamental y su propagación se realiza principalmente a través de esquejes.