Родился в немецкой семье директора гимназии Якова Ивановича Струве (1755—1841).
Получил филологическое образование в Дерптском (ныне Тартуском, Эстония) университете, но нашёл призвание в естествознании.
В 1818—1839 годах Струве — директор Дерптской университетской обсерватории, начиная с 1833 года — наиболее активный участник сооружения Пулковской обсерватории, открытой 19 августа 1839 года и её первый директор. Благодаря его усилиям обсерватория была оборудована совершенными инструментами (в том числе в то время самым большим в мире рефрактором с 38-сантиметровым объективом). При непосредственном участии Струве было проведено градусное измерение дуги меридиана на огромном пространстве от побережья Ледовитого океана до устья Дуная и получены ценные материалы для определения формы и размеров Земли.
Под руководством В. Я. Струве была определена система астрономических постоянных, получившая в своё время всемирное признание и использовавшаяся в течение 50 лет. С помощью построенного по его идее пассажного инструмента Струве определил постоянную аберрации света.
В области звёздной астрономии Струве открыл реальное сгущение звёзд к центральным частям Галактики и обосновал вывод о существовании и величине межзвёздного поглощения света. Много времени уделял Струве изучению двойных звёзд. Составленные им два каталога двойных звёзд были опубликованы в 1827 и 1852 годах. Струве принадлежит первое (1837) успешное измерение расстояния до звезды (Веги в созвездии Лиры). В середине XIX века участвовал в создании Лиссабонской астрономической обсерватории.
В. Я. Струве был почётным членом многих иностранных академий и обществ.
Почтовая марка СССР, 1954 год:
Ф. А. Бредихин, В. Я. Струве, А. А. Белопольский