Канонизирован Русской православной церковью в лике священномучеников (из Собора святых новомучеников и исповедников российских).
Корни семейства Амбарцумовых восходят к армянской фамилии Амбарцумянц. Отец — Амбарцум Егорович (Григорьевич, Крикорович) Амбарцумов, почётный гражданин г. Шемахи, Бакинская губерния, благотворитель, сподвижник основателя обучения глухонемых в России Фёдора Андреевича Рау, племянник Саркиса Амбарцумянца, основавшего в Шемахе первую лютеранскую общину. Основатель и владелец частной школы для глухонемых в г. Саратове. Мать — Каролина Андреевна Кноблох, немка по происхождению, лютеранка по вероисповеданию.
Богатые духовные и религиозные христианские традиции родителей с детства взрастили во Владимире непоколебимую веру. После переезда родителей в Москву в конце 1890-х годов обучался в Московском Петропавловском училище при Петропавловской лютеранской церкви.
После окончания училища в 1911 году юноша поступил на физико-математический факультет Московского Императорского университета, где проучился три семестра. В марте 1913 года по настоянию матери он переехал в Германию, чтобы продолжить образование в Высшем политехническом училище, Берлин. Однако, трудности, связанные с языковым барьером, не позволили обучаться Владимиру вполне комфортно. Прожив в Берлине около года, Владимир вернулся в Россию, почувствовав непреодолимую, буквально мистическую тягу домой. Как позднее стало известно, поезд, увёзший юношу на родину был последним из Германии в Россию. Началась Первая мировая война. В июле 1914 года Владимир вновь поступил на физико-математический факультет Московского Императорского университета. По его окончании, несмотря на нерядовой научный потенциал, талант незаурядного физика, Владимир оставил исследовательскую деятельность и посвятил себя служению Богу и миссионерству. В годы обучения в университете Владимир стал членом Христианского студенческого кружка и перешёл из лютеранства в баптизм. Целью христианского студенческого движения была проповедь слова Божия среди молодёжи, а основной формой деятельности — изучение Евангелия в небольших кружках.
В конце 1919 года из-за голода в Москве семья переехала в Самару, где Владимир Амбарцумович стал работать сотрудником музея и сблизился с Владимиром Филимоновичем Марценковским, по благословению патриарха Тихона проводившим активную проповедническую деятельность среди учащейся молодёжи.
В 1920 году был арестован и перевезен в Москву.
Отец Владимир был заключён в Бутырскую тюрьму. Допрашивали его 20 и 21 сентября и 12 октября 1937 года:
Расшифровка допроса сохранилась
Как видно из протоколов, на вопросы о знакомых, сотрудниках по Христианскому студенческому движению, близких духовных чадах и собратьях-священниках отец Владимир называл или покойных, или лиц, находящихся вне досягаемости властей, или просто отказывался отвечать; говорил он лишь о том, что и без него было известно сотрудникам НКВД.
2 ноября было составлено заключение по следственному делу; отец Владимир обвинялся в том, что он был «активным участником и организатором контрреволюционной нелегальной монархической организации церковников — последователей „ИПЦ“, среди своих единомышленников проводил большую контрреволюционную работу, направленную к свержению соввласти и реставрации монархического строя в СССР, то есть в преступлении, предусмотренном ст. 58, п. 10 и 11 УК РСФСР».
Следственное дело было направлено на рассмотрение тройки при УНКВД СССР по Московской области, которая 3 ноября 1937 года постановила «Амбарцумова Владимира Амбарцумовича расстрелять».
5 ноября священномученик Владимир был расстрелян на Бутовском полигоне под Москвой. На запросы родных отвечали: осуждён на 10 лет без права переписки.
Деянием юбилейного освященного архиерейского собора Русской православной церкви (13-16 августа 2000 года) о соборном прославлении новомучеников и исповедников Российских XX века Владимир Амбарцумов причислен к лику святых в чине почитания — священномученик.