Waldemar Łysiak jest synem inżyniera Stanisława Łysiaka oraz Wiktorii z Kowalewskich. Dwie starsze siostry Łysiaka zginęły w Powstaniu Warszawskim. Ukończył Liceum Ogólnokształcące im. Bolesława Prusa w Warszawie. W latach 1963–1968 studiował na Wydziale Architektury Politechniki Warszawskiej i uzyskał tytuł inżyniera architekta ze specjalizacją w zakresie konserwacji zabytków. W latach 1968–1971 pracował w państwowym przedsiębiorstwie Pracownie Konserwacji Zabytków. Następnie studiował historię sztuki na Uniwersytecie Rzymskim w latach 1970–1972 oraz w Międzynarodowym Centrum Studiów nad Ochroną i Konserwacją Zabytków w Rzymie w latach 1970–197. W 1977 obronił na Wydziale Architektury Politechniki Warszawskiej pracę doktorską pt. Doktryna fortyfikacyjna Napoleona, pisaną pod kierunkiem profesora Andrzeja Gruszeckiego. Wykładał historię kultury i cywilizacji na Wydziale Architektury Politechniki Warszawskiej.