Waldemar Andrzej Kiełek urodził się 16 kwietnia 1930 roku w Warszawie. Tam też w 1944 roku ukończył szkołę powszechną, a w 1949 roku liceum ogólnokształcące. W 1953 roku otrzymał dyplom inżyniera łączności, a w 1957 roku magistra inżyniera łączności na Wydziale Łączności Politechniki Warszawskiej, w 1967 roku otrzymał stopień doktora, a w 1989 roku stopień doktora habilitowanego na Wydziale Elektroniki tej Uczelni. W latach 1952–1995 pracował na Politechnice Warszawskiej jako nauczyciel akademicki, kolejno w Katedrze Urządzeń Radiotechnicznych, następnie w Instytucie Radioelektroniki, w latach 1967–1990 jako adiunkt, zaś w latach 1990–1995 jako docent. W latach 1991–1995 był kierownikiem Zakładu Radiokomunikacji Instytutu Radioelektroniki. W 1995 roku przeszedł na emeryturę.
Od początku swej pracy na Politechnice Warszawskiej Waldemar Kiełek brał udział w badaniach. W latach pięćdziesiątych opracowywał m.in. aparaturę odbiorczą i uczestniczył w badaniach odporności radiokomunikacyjnych systemów modulacji na zakłócenia – dla zastosowań wojskowych. Głównym jednak obszarem jego zainteresowań badawczych w latach pięćdziesiątych, sześćdziesiątych i siedemdziesiątych było podwyższanie granicznej górnej częstotliwości pracy liczników elektronicznych – najpierw lampowych, następnie tranzystorowych. Liczniki te stanowiły część opracowywanych przez niego mierników częstotliwości i odstępu czasu, które, wykonywane jednostkowo na Politechnice Warszawskiej, były przekazywane do użytkowników w instytucjach badawczych i w przemyśle. Opracowania te pod względem parametrów były zbliżone do najlepszych osiągnięć światowych. Kilka z nich zostało wdrożonych do produkcji przemysłowej (np. przelicznik do badań jądrowych LT1 produkowany przez Zakład Doświadczalny Biura Urządzeń Techniki Jądrowej, miernik częstotliwości i odstępu czasu C–544 produkowany przez Zakłady Wytwórcze Aparatury Pomiarowej ELPO, miernik częstotliwości i odstępu czasu PFL16 produkowany przez Zakład Opracowań i Produkcji Aparatury Pomiarowej). Opracowania Waldemara Kiełka osiągały coraz wyższe parametry. I tak, w 1967 roku górna częstotliwość graniczna licznikowego pomiaru częstotliwości w jego opracowaniach kolejnych modeli użytkowych wyniosła 100MHz, w 1968 roku – 150MHz, a w 1969 roku – 330MHz. Opracowania te były oparte na wykonanych wcześniej analizach opublikowanych w pracach zbiorowych Licznik elektroniczny w miernikach zliczających (Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1962) oraz Elektroniczne mierniki zliczająceBadanie regeneracyjnej fazy przerzutu w niektórych tranzystorowych symetrycznych przerzutnikach bistabilnych.(Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1964). Dalsze rozwinięcie tej analizy zawarte jest w jego pracy doktorskiej z 1967 roku, zatytułowanej Badania regeneracyjnej fazy przerzutu w niektórych tranzystorowych symetrycznych przerzutnikach bistabilnych.
Na początku lat siedemdziesiątych kraje RWPG postanowiły uruchomić w ramach porozumienia Interkosmos globalną sieć dalmierzy laserowych do mierzenia odległości do sztucznych satelitów Ziemi pasywną impulsową metodą radarową. W skład takich dalmierzy musiały wejść mierniki odstępów czasu o zakresie do 1 sekundy i o błędzie przypadkowym, już na początku tego okresu, 2 nanosekundy (30 cm w mierzonej odległości), a następnie o błędzie coraz mniejszym. Na takie mierniki obowiązywało bardzo silne embargo, a w krajach RWPG jedynie Waldemar Kiełek był w owym czasie przygotowany do opracowania i budowy takich mierników. Podjął się tego zadania i opracował modele o błędzie przypadkowym 2 nanosekundy (1971) i 1 nanosekunda (1975), a następne modele, opracowane wraz z Adamem Jastrzębskim, w których zastosowano interpolację analogową miedzy impulsami o wzorcowym odstępie czasu, osiągnęły błąd przypadkowy 100 pikosekund (1978) i 30 pikosekund (1983). Modele użytkowe tych mierników, wykonywane początkowo w pracowni Waldemara Kiełka, a w latach osiemdziesiątych w Zakładzie Opracowań i Wdrożeń Aparatury Instytutu Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej, zostały zainstalowane w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych w 15 obserwatoriach astronomicznych lub geofizycznych w różnych punktach globu ziemskiego, stanowiąc wkład Polski w budowę sieci dalmierzy satelitarnych porozumienia Interkosmos. Waldemar Kiełek zajmował się też urządzeniami odbiorczymi oraz polepszaniem dokładności pomiaru wielkich odległości przez odpowiednie przetwarzanie odbieranego sygnału stochastycznego, m.in. stosując w dalmierzach dyskryminatory stałofrakcyjne według własnego patentu oraz opracowane przez siebie dyskryminatory spełniające kryterium maksymalnej wiarygodności.
W latach 1975–1998 prowadził intensywne badania analityczne, symulacyjne i eksperymentalne różnych metod dyskryminacji chwili czasowej odbioru sygnału w dalmierzach satelitarnych, przedstawiając wyniki tych prac na konferencjach międzynarodowych. Było to tematem jego pracy habilitacyjnej, zatytułowanej Wpływ obróbki wielofotoelektronowego sygnału odbitego na dokładność laserowych impulsowych mierników odległości od satelitów (Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1988). Po dalszym rozwinięciu część swych wyników opublikował w czasopiśmie „IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements” (1988, vol. 47, no 2). W drugiej połowie lat osiemdziesiątych opracował syntetyzer częstotliwości wzorcowej 100 MHz o parupiksosekundowej dokładności wytwarzanej skali czasu. Na początku lat dziewięćdziesiątych przeprowadził badania analityczne, eksperymentalne i symulacyjne dokładności timingu w licznikach scyntylacyjnych. Wyniki opublikował w czasopiśmie “Nuclear Instruments and Methods in Physics Research” (1996, vol. A 368). Wykonał także eksperyment pomiaru zanieczyszczeń gazowych atmosfery nad rafinerią w Płocku metodą lidaru ramanowskiego.
W latach 1988-2002 prowadził prace nad dokładnością absolutnych pomiarów miejscowego przyspieszenia ziemskiego (dokładność rzędu 10-9) w kolejnych grantach Komitetu Badań Naukowych kierowanych przez prof. Zbigniewa Ząbka na Wydziale Geodezji Politechniki Warszawskiej.
Waldemar Kiełek opracował samodzielnie lub kierował opracowaniem 47 urządzeń elektronicznych, głównie pomiarowych. Opublikował 36 pozycji. Jest autorem 3 i współautorem 4 patentów. Jest laureatem zespołowej Nagrody Państwowej I stopnia w dziedzinie techniki. Za osiągnięcia badawcze otrzymał 4 nagrody Ministra Nauki (1962, 1968, 1974, 1981), nagrodę Sekretarza Naukowego Polskiej Akademii Nauk (1988) oraz kilka nagród Rektora Politechniki Warszawskiej. W latach 1971–1989 był członkiem komisji „Radar Laserowy” sekcji „Fizyka Kosmiczna” porozumienia Interkosmos. W latach 1974–1994 był członkiem Komisji Geodezji Satelitarnej Komitetu Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.
W latach 1971–1997 prowadził wykłady z „Miernictwa cyfrowego”, „Techniki cyfrowej”, „Układów logicznych”, „Techniki impulsowej”, „Urządzeń radiowych”, „Podstaw radiokomunikacji” oraz „Projektowania układów cyfrowych”. Był współautorem i redaktorem 3 skryptów wydanych przez Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej (1971, 1972, 1973).
Za organizację procesu dydaktycznego otrzymał w 1972 roku nagrodę indywidualną Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Został odznaczony Srebrnym i Złotym Krzyżem Zasługi oraz Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski.
Zmarł 24 listopada 2021 r. w Warszawie