С 1975 года — в Советской Армии. Окончил Военный инженерный Краснознаменный институт имени А. Ф. Можайского в Ленинграде в 1979 году. Служил на космодроме Байконур: инженер отделения, начальник отделения, начальник команды на стартовом комплексе № 1 («гагаринский старт»).
В 1986 году окончил Военную академию имени Ф. Э. Дзержинского с отличием. С 1989 года служил в Управлении начальника космических средств Министерства обороны СССР.
С 1991 года служил в Главном оперативном управлении Генерального штаба Вооружённых Сил Российской Федерации: старший оператор, начальник группы, заместитель начальника направления, с 1999 года — начальник направления. Когда в июле 2001 года в Российской Федерации были созданы космические войска, генерал-майор Поповкин был назначен первым начальником штаба нового вида войск. С 10 марта 2004 года — командующий Космическими войсками Российской Федерации. Генерал-полковник (февраль 2005).
С 30 июня 2008 года — начальник вооружения Вооружённых Сил Российской Федерации — заместитель Министра обороны Российской Федерации. Воинское звание генерал армии присвоено указом Президента Российской Федерации Д. А. Медведева 22 февраля 2009 года. Доктор технических наук.
30 марта 2009 года уволен с действительной военной службы в запас и переведён в разряд федеральных государственных служащих с сохранением должности начальника вооружения Вооружённых Сил Российской Федерации — заместителя Министра обороны Российской Федерации.
С 30 апреля 2010 года — действительный государственный советник Российской Федерации 2 класса
21 июня 2010 года указом Президента Российской Федерации № 767 назначен на должность первого заместителя Министра обороны Российской Федерации.
29 апреля 2011 года указом Президента Российской Федерации освобождён от должности первого заместителя Министра обороны Российской Федерации и распоряжением Правительства Российской Федерации назначен на должность руководителя Федерального космического агентства (Роскосмос).
Утром 7 марта 2012 года Владимир Поповкин был помещён в нейрохирургическое отделение госпиталя имени Бурденко в состоянии средней тяжести.
По официальному сообщению представителя пресс-службы Роскосмоса агентству РИА Новости, причиной госпитализации явилось:
Среди возможных причин заболевания называлась также подготовка и проведение Поповкиным итоговой коллегии Роскосмоса за 2011 год, которая состоялась 6 марта (накануне госпитализации). Согласно альтернативному мнению, Поповкин был доставлен в больницу с ранениями головы, полученными в результате драки после застолья..
20 марта 2012 года, вернувшись к исполнению служебных обязанностей, Поповкин решительно опроверг излагавшиеся в некоторых СМИ версии причин его госпитализации.
21 марта 2012 года в сети Интернет появилось открытое письмо заместителя генерального директора ОАО «Российские космические системы» (предприятие-разработчик навигационной системы ГЛОНАСС) И. И. Голуба, в котором он призывает Поповкина уйти в отставку.
В пресс-службе Роскосмоса заявили, что считают открытое письмо попыткой ОАО «Российские космические системы» оправдаться в ответ на обвинения, прозвучавшие ранее в интервью Поповкина газете «Известия».
По мнению обозревателя журнала «Коммерсант-Деньги», интернет-публикации об участии Поповкина в пьяной драке, а также пародия на Поповкина, вышедшая в телепередаче «Большая разница» (Первый канал) 10 марта 2012 года, являются звеньями компании по дискредитации чиновника, организованной теми кругами в Роскосмосе, чьи финансовые и властные интересы были затронуты в ходе проводимой Поповкиным реформы ведомства.