Член ряда академий наук и научных обществ. Удостоен многих национальных и международных наград.
Родился в Санкт-Петербурге в семье межевого инженера, ученого лесовода А. А. Фока (1858—1919), известного среди специалистов своими трудами по лесному делу. Окончив среднюю школу в Петрограде в 1916 г., В. А. Фок поступил на физико-математический факультет Петроградского университета, но затем добровольно зачислился в Артиллерийское училище и после прохождения ускоренного курса последнего был направлен на фронт. В 1918 г., вернувшись по демобилизации в Петроград, он возобновил занятия в университете. Своими учителями В. А. Фок считал Ю. А. Круткова (1890—1952), В. Р. Бурсиана (1888—1945), В. К. Фредерикса (1885—1944) и А. А. Фридмана (1888—1925). В 1922 г. окончил Петроградский университет и остался там работать, с 1932 г. — в должности профессора, впоследствии возглавлял кафедру теоретической физики. В разные годы одновременно работал в Ленинградском физико-техническом институте (1924—1936), Государственном оптическом институте (1928—1941, руководил теоретическим отделом), в Физическом институте АН СССР (1934—1941 и 1944—1953), в Институте физических проблем АН СССР (1954—1964). В период сталинских репрессий дважды был арестован: первый раз 8 марта 1935 года, но в тот же день отпущен, второй раз — в ночь на 11 февраля 1937 года в связи с «Пулковским делом». П. Л. Капица немедленно обратился к И. В. Сталину в защиту В. А. Фока, и уже через 4 дня В. А. Фок был доставлен к наркому внутренних дел Н. И. Ежову и после беседы с ним отпущен.
В 1944 году был причастен к событиям, связанным с письмом 14 академиков: по решению председателя Всесоюзного комитета по делам высшей школы С. В. Кафтанова он был назначен заведующим кафедрой теоретической физики физического факультета МГУ вместо претендентов И. Е. Тамма и А. А. Власова. Руководство кафедрой теоретической физики МГУ стало не самым успешным начинанием профессора В. А. Фока, и уже через пару месяцев он пишет П. Л. Капице о том, что он хотел бы оставить эту должность.
Летом 1944 года конфликт получил своё развитие, и по основанном на письме В. А. Фока Капице предложению, изложенному в письме четырёх академиков, его кандидатура была выдвинута академиками как одна из возможных на должность декана физического факультета МГУ.
Похоронен на Комаровском кладбище в пригороде Санкт-Петербурга пос. Комарово. Могила является памятником культурно-исторического наследия. Имя В. А. Фока присвоено НИИ физики СПбГУ и конференц-залу НИИ физики СПбГУ.
Работы относятся к квантовой механике, квантовой электродинамике, квантовой теории поля, теории многоэлектронных систем, статистической физике, теории относительности, теории гравитации, радиофизике, математической физике, прикладной физике, философским проблемам физики.
Ввёл и изучил фундаментальные понятия квантовой механики и квантовой теории поля — пространство Фока, метод функционалов Фока, метод собственного времени, многовременной формализм Дирака — Фока — Подольского, градиентная (калибровочная) инвариантность, метод Хартри — Фока («метод самосогласованного поля»), открыл фоковскую симметрию атома водорода, доказал теоремы Борна — Фока (об адиабатическом пределе) и Фока — Крылова (о распадающихся состояниях).
Разработал новую интерпретацию общей теории относительности как теории тяготения, которую изложил в монографии «Пространство, время, тяготение». Развил новый подход к вычислению поправок к теории Ньютона, следующих из теории тяготения Эйнштейна — постньютоновский формализм.
Во время Великой Отечественной войны внёс выдающийся вклад в разработку методов исследования распространения радиоволн в окрестности поверхности Земли, создав оригинальные асимптотические методы для решения волнового уравнения.