Сын воеводы Луки Фёдоровича Долгорукова. В 1687 году состоял в посольстве своего дяди Якова Фёдоровича Долгорукого в Париже, где и оставался для окончания своего образования до 1700 году.
Вызванный в Россию, был назначен состоять при другом своём дяде, князе Григории Фёдоровиче, русском посланнике в Польше, и в течение 1706—1707 годов замещал его.
В 1707—1720 годах — посол в Дании. В 1709 году, после Полтавского сражения, несмотря на противодействие Англии и Голландии, Долгоруков восстановил союз России с Данией.
В 1721—1722 годах был посланником в Париже.
По возвращении из Франции (1723) Долгоруков был сделан сенатором, а в 1724 году назначен полномочным министром в Варшаву, с поручением «защищать интересы православных» и добиваться признания за Петром императорского титула (в чём не достиг успеха).
После смерти Петра I отправлен послом в Швецию (1726), для противодействия там влиянию Англии и присоединению Швеции к Ганноверскому союзу, но эта миссия не имела успеха.
В царствование Петра II Василий Лукич вернулся в Россию (1727), где вошёл в состав Верховного тайного совета и стал руководителем всех честолюбивых планов фамилии Долгоруких. Во время предсмертной болезни Петра II он явился самым энергичным участником составления подложного духовного завещания. Когда этот замысел потерпел неудачу, Долгоруков, тотчас после смерти Петра II, на заседании Верховного тайного совета поддержал предложение князя Д. М. Голицына об избрании в императрицы курляндской герцогини Анны Иоанновны, участвовал в составлении «ограничительных пунктов». С этим документом Долгоруков лично отправился в Митаву, где уговорил Анну Иоанновну подписать эти «пункты». Однако после приезда императрицы в Москву Долгорукому в числе прочих «верховников» пришлось присутствовать при публичном уничтожении этого акта.
9 (20) апреля 1730 Василий Лукич назначается Сибирским губернатором, но по дороге, 28 апреля, его нагнал офицер и предъявил указ императрицы о лишении его чинов и ссылке в деревню. 23 июня по новому указу был заточён в Соловецкий монастырь. В 1739 году, после признания князя Ивана Алексеевича Долгорукова относительно подложной духовной Петра II, он был привезён в Новгород, подвергнут допросам и пытке, и 8 (19) ноября того же года — обезглавлен.
В своих воспоминаниях герцог Лирийский писал о нём: