Хельмут Мольтке родился в семье обедневшего прусского дворянина в Мекленбурге. Окончил кадетский корпус в Копенгагене и впоследствии Берлинскую военную академию (в 1826 году), получив хорошее профессиональное образование. В 1819 году начал офицерскую службу в пехотном полку датской армии, где в то время служил и его отец.

Поездка в столицу Прусского королевства Берлин в 1821 году коренным образом изменила военную карьеру Хельмута Мольтке. Он решил, что в прусской армии ему будет гораздо проще показать свои способности и выдвинуться. Происхождение помогло ему получить назначение в качестве лейтенанта в один из пехотных полков. Начало службы было обнадёживающим.

Мольтке быстро приобрёл репутацию офицера, обладающего широким теоретическим кругозором и постоянно занимающимся самообразованием. Чтобы пополнить своё скромное офицерское жалованье, он начал писать статьи и переводить ранее опубликованные работы. Известность ему принёс перевод «Истории заката и падения Римской империи» Гиббона.

Настойчивое изучение теории военного искусства и приверженность к штабной работе позволили выпускнику военной академии Мольтке в 1827 году стать начальником дивизионной школы. Через год он был причислен к Генеральному штабу, а в 1833 году переведён в существовавшее при нём топографическое бюро.

В 1836-1839 годы Мольтке был военным советником султана Махмуда II в турецкой армии, участвовал в её реорганизации на европейский лад и фортификационных работах В Оттоманской империи прусский офицер приобрёл свой первый боевой опыт. Как военный советник он принимал непосредственное участие в операциях против свободолюбивых курдских племён, затем состоял в войсках Хафиз-паши, действовавших в 1839 году против египетской армии в Сирии. В сражении при Незибе султанский полководец потерпел поражение и отступил. Мольтке лично командовал артиллерией, прикрывая отступление турецких войск от Незиба.

По возвращении в Пруссию он получил назначение в штаб армейского корпуса, написал книгу о своей служебной командировке в Турцию и об участии на Востоке в боевых действиях. Книга Мольтке имела большой успех и принесла автору известность. С 1848 года он был начальником отделения Генерального штаба, потом начальником штаба армейского корпуса.

В 1855 году Мольтке был назначен первым адъютантом принца Фридриха-Вильгельма (впоследствии императора Фридриха III), сопровождал его в заграничных поездках, в том числе и в Россию. Прусский дворянин имел большое влияние на принца, что в дальнейшем сказалось, на его военной карьере.

В 1858-1888 годах генерал Хельмут Карл фон Мольтке был начальником прусского (с 1871 года — имперского) Генерального штаба. В 1871 году получил звание генерал-фельдмаршала. Под его руководством прусский и имперский Генеральный штаб превратился в основной государственный орган подготовки страны и её вооружённых сил к войнам, которые вели сперва Прусское королевство, а затем и Германская империя. Эти войны и принесли Мольтке-старшему вполне заслуженную полководческую славу и признание его военно-теоретических воззрений.

При полной поддержке правительства канцлера, а затем рейхсканцлера Отто фон Бисмарка начальник Генерального штаба провёл ряд мероприятий по укреплению боеспособности сперва прусской, а затем и германской армии. Были сокращены сроки мобилизационной готовности и развёртывания армейских сил, увеличился численный состав армии и проведено её перевооружение, созданы хорошо подготовленные армейские резервы и специальное железнодорожное управление, которое должно было обеспечивать переброску войск по железным дорогам к государственным границам.

Мольтке учил прусский генералитет современным методам ведения боевых действий. При этом он тщательнейшим образом анализировал все войны и военные конфликты своего времени. Так, например, он изучал опыт гражданской войны в Соединённых Штатах, что навело его на мысль более полного использования на войне железнодорожного транспорта и телеграфа. Мольтке посылал на эту войну специальных наблюдателей. Хотя использование железных дорог и телеграфа в боевых условиях не является изобретением прусского полководца, но он сумел поднять эту практику на научный, теоретический уровень.

Генерал-фельдмаршал Мольтке вместе с канцлером Отто фон Бисмарком и военным министром Альбрехтом фон Рооном составили негласный правящий триумвират, которому удалось изменить карту Европы и сделать объединённую Германию сильной в военном отношении континентальной державой.

В 1864 году Хельмут фон Мольтке был назначен начальником союзной прусско-австрийской армии в войне против Дании. Эта европейская война неравных по силе сторон закончилась присоединением к Прусскому королевству Шлезвига и Гольштейна. В тот год новая мобильная организация Мольтке, существовавшая пока ещё только в пехоте, показала свою эффективность: прусская армия вторглась в Данию и нанесла поражение её армии за несколько недель.

Прусско-австро-датская война 1864 года стала для начальника Генерального штаба Пруссии своеобразным полигоном для отработки новой тактики. Мольтке продолжает совершенствовать военную организацию королевства, которому в скором времени предстояло объединить под своей эгидой разрозненные германские государства в единую Германскую империю.

В войне Пруссии против Австрии и её союзников в 1866 году Мольтке занимает пост начальника полевого штаба, фактически же был главнокомандующим всеми вооружёнными силами королевства. Именно он организовал вторжение прусской армии на территорию своего недавнего союзника в войне против Дании и составил план боевых действий, нацеливаясь только на полную победу.

Первое крупное сражение той войны произошло 27-29 июня при Лангензальце. Начальник полевого штаба командовал прусскими войсками по телеграфу — это было новым явлением в военном деле. Прусская армия смогла окружить и разгромить союзную Австрии ганноверскую армию численностью примерно в 20 тысяч человек. Это был большой успех Мольтке, ведь война только началась.