Родился 6 октября 1923 года в селе Кера ныне Нижнеломовского района Пензенской области. Русский. В 1940 году окончил 9 классов школы в городе Сталинград (ныне – Волгоград).
В армии с февраля 1941 года. В феврале 1942 года окончил Одесскую военную авиационную школу лётчиков. Служил лётчиком в 106-м штурмовом авиационном полку (в Среднеазиатском военном округе). С июня 1942 года – лётчик 8-го и 12-го запасных авиационных полков (в Саратовской и Куйбышевской областях); занимался подготовкой лётчиков на истребителях.
Участник Великой Отечественной войны: в сентябре 1943-мае 1945 – лётчик, старший лётчик 735-го (с февраля 1944 года – 143-го гвардейского) штурмового авиационного полка. Воевал на Степном, 2-м и 1-м Украинских фронтах. Участвовал в освобождении Полтавы, битве за Днепр, Кировоградской, Корсунь-Шевченковской, Уманско-Ботошанской, Львовско-Сандомирской, Сандомирско-Силезской, Нижне-Силезской, Верхне-Силезской, Берлинской и Пражской операциях. За время войны совершил более 125 боевых вылетов на штурмовике Ил-2.
За мужество и героизм, проявленные в боях, Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 апреля 1945 года гвардии лейтенанту Ермолаеву Владимиру Ивановичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
После войны продолжал службу в полку (в Центральной группе войск, Австрия). В 1946 году окончил курсы при Липецкой высшей офицерской лётно-тактической школе. Был начальником воздушно-стрелковой службы полка (в Центральной группе войск, Австрия). С 1947 года – лётчик, помощник штурмана полка, командир звена, штурман и командир авиаэскадрильи (в Одесском военном округе). С декабря 1955 года – помощник командира истребительного авиаполка по огневой и тактической подготовке, с мая 1957 года – помощник командира 6-й гвардейской истребительной авиадивизии по огневой и тактической подготовке (в Группе советских войск в Германии). С марта 1958 года майор В.И.Ермолаев – в запасе.
Жил в городе Грозный. Работал инженером отдела эксплуатации Чечено-Ингушского стройтрансуправления. С 1991 года жил в городе Морозовск Ростовской области, с 1998 года – в городе Гулькевичи Краснодарского края. Умер 26 июня 2000 года.