В.Д. Блаватский принадлежал к дворянской семье, которая когда-то владела обширными землями на юге России. Однако его отец уже не имел состояния и служил таможенным чиновником. Детство будущего ученого прошло в постоянных переездах по местам службы отца. Наконец семья обосновалась в Москве. В.Д. Блаватский с золотой медалью окончил третью московскую гимназию в 1917 году и в 1917-1923 годах продолжил обучение в Московском университете на историко-филологическом факультете, где специализировался на истории античного искусства.
После окончания университета он поступил на работу в отдел античного искусства Государственного музея изобразительных искусств. Он занимался расчисткой и атрибуцией античных ваз. Этому направлений исследований была посвящена его кандидатская диссертация. Позднее он вернется к этой теме и напишет книгу об античной керамике (1953 год). В конце 1920-х годов он постепенно отходит от искусствоведения и посвящает себя античной археологии.
Свою карьеру археолога В. Д. Блаватский начал под руководством Б. В. Фармаковского в Ольвийской экспедиции в 1920-е годы. Владимир Дмитриевич Блаватский посвятил себя изучению античности Северного Причерноморья.
В 1930-х годах он был арестован и провёл несколько месяцев в заключении. Но во время массовых репрессий конца 30-х годов не пострадал. В июле 1941 года поступил добровольцем в 8-мую Краснопресненскую дивизию московского ополчения. Демобилизован в январе 1942 года после тяжелой контузии. В 1943 году защитил докторскую диссертацию на тему "Техника античной скульптуры".
Профессор Блаватский создал в Институте истории материальной культуры сектор античной археологии, он руководил раскопками античных городов Харакса, (1931—1935), Фанагории, (1936—1940), Пантикапея, (1945—1958) и первыми в стране подводными археологическими исследованиями в Северном Причерноморье (1957—1965). Он стал одним из первооткрывателей Боспора, дал всесторонний анализ античного города и античного хозяйства. Профессор Блаватский исследовал воздействие античного градостроительства и хозяйства (каменоломен, рудников, водопроводов, дорог, каналов, гаваней) на природный ландшафт, животный и растительный мир Северного Причерноморья.
В Институте археологии РАН открыт мемориальный кабинет В.Д. Блаватского.