В 1897 году окончил Петербургский институт инженеров путей сообщения.
С 1901 года преподавал в Московском инженерном училище, с 1919 по 1922 год — профессор Московского института гражданских инженеров, с 1923 по 1949 год — профессор Московского института инженеров железнодорожного транспорта. С 1939 года и до конца жизни возглавлял секцию по научной разработке проблем транспорта Академии наук СССР.
Основные научные труды Образцова посвящены проблемам проектирования железнодорожных станций и узлов, организации планирования сортировочной работы на сети железных дорог, а также вопросам взаимодействия служб железной дороги и различных видов транспорта между собой. Образцов является основоположником науки о проектировании станций и узлов, основатель и руководитель в Московском институте инженеров транспорта факультета «Эксплуатация железных дорог». Он руководил реконструкцией и расширением Ртищевского железнодорожного узла.
Активно участвовал в разработке идеологии детских железных дорог, с 1936 года был председателем Совета содействия строительству детских железных дорог.
В годы Великой Отечественной войны на свои сбережения приобрёл самолёт ЯК-1 № 1027, назвал его «Ртищевский железнодорожник» и подарил лётчику-истребителю 291-го истребительного полка, Герою Советского Союза, капитану А. Ф. Лавренову.
Владимир Николаевич член ВЦИК 16-го созыва (1935). Депутат Верховного Совета 1-2-го созывов (избирался от Ртищевского избирательного округа).
Сын — Сергей Владимирович Образцов — основатель и художественный руководитель Театра кукол.