Родился 22 августа 1935 года в Москве в семье биолога и историка биологии И. Е. Амлинского. Отец поэта и рекламиста А. В. Амлинского. В 70-х и 80-х годах преподавал в Литературном институте имени А. М. Горького. Среди его учеников такие известные прозаики, как писатели Андрей Молчанов и Олег Корабельников.
По окончании ВГИКа (1958) много ездил по СССР в качестве журналиста. Первый рассказ Амлинского «Станция первой любви» (1958) был напечатан в журнале «Юность», которому Амлинский передавал и следующие свои произведения. С 1969 до смерти он был членом редколлегии журнала, с 1976 года — член правления СП СССР. Жил в Москве, на улице Черняховского. Был дружен с В. П. Аксеновым, с кем еще в 50-е годы ездил на Кубу к Э. Хемингуэю.
Написал сценарий к фильму «День первый, день последний» (Киностудия им. А. Довженко, 1978).
Повести, рассказы (часто на документальной основе) о жизни молодежи («Жизнь Эрнста Шаталова», 1968; «Нескучный сад», 1979), биографическая повесть об отце, ученом-генетике «Оправдан будет каждый час…» (1986). Очерк «На заброшенных гробницах…» (1988) о Н. И. Бухарине. Член СП СССР (1962). В. И. Амлинский умер 30 ноября 1989 года. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище.