Родился в 1809 году, происходил из дворянского рода Псковской губернии, детство провёл в Эстляндской губернии.
В 1823 году поступил в Морской кадетский корпус, в 1827 году был выпущен в звании гардемарина.
По окончании Морского корпуса получил назначение на линейный корабль «Азов», на котором в составе эскадры вице-адмирала Гейдена, совершил поход из Кронштадта в Портсмут, а затем к берегам Греции, где участвовал в Наваринском сражении 8 октября 1827 года, за отличие был награждён Знаком Отличия Военного ордена Святого Георгия и произведён в мичманы.
В 1827—1832 годах В. И. Истомин проходил службу на том же корабле совершая плавание в Средиземном море, совершенствуя свое морское образование в серьёзной военной обстановке, созданной продолжительными крейсерствами в Архипелаге и участием в блокаде Дарданелл и высадке на Босфоре. В 1830 году был представлен к ордену Святой Анны 3-й степени.
В 1832 году Истомин был переведён на Балтийский флот на фрегат «Мария».
С 1835 года проходил службу на Чёрное море на различных кораблях: люгере «Глубокий», яхте «Резвая», линейных кораблях «Память Евстафия» и «Варшава».
В 1837 году был произведён в лейтенанты и назначен командиром парохода «Северная Звезда», на котором в том же году совершили плавание по портам Чёрного моря император Николай I с императрицей. Награждён орденом Святого Владимира 4-й степени и бриллиантовым перстнем.
В 1843 году В. И. Истомин был представлен к ордену Святого Станислава 2-й степени.
С 1845 по 1850 годы находился в распоряжении наместника на Кавказе князя Воронцова, принимая деятельное участие в совместных операциях армии и флота, направленных к покорению Кавказа. В 1846 году был награждён орденом Святой Анны 2-й степени, а в 1847 году за действия против горцев произведён в капитаны 2 ранга.
В 1849 году В. И. Истомин был произведён в капитаны 1 ранга, а с 1850 года был назначен командиром линейного корабля «Париж». В 1852 году был представлен к ордену Святого Владимира 3-й степени.
18 ноября 1853 года В. И. Истомин, командуя кораблём «Париж», отличился в Синопской битве; Нахимов отдал приказ поднять на своем адмиральском корабле сигнал «благодарности» ему, но все фалы были перебиты, так что исполнить приказание не было возможности. За это сражение Истомин был произведён в контр-адмиралы. В донесении императору адмирал П. С. Нахимов особенно отмечал действия линейного корабля «Париж» в Синопском бою:
.
В 1854 году, когда началась осада Севастополя, В. И. Истомин был назначен командиром 4-й оборонительной дистанции Малахова кургана, а затем занимал должность начальника штаба при вице-адмирале В. А. Корнилове. 20 ноября 1854 года Истомин был награждён орденом св. Георгия 3-й степени. Он был одним из деятельнейших и храбрейших участников в организации этой изумительной обороны. После смерти Корнилова он буквально ни на один день не покидал своих позиций; он и жил на Камчатском редуте, в землянке.
7 марта 1855 года В. И. Истомину ядром оторвало голову, когда он выходил из своей землянки. Истомин был погребён в севастопольском соборе Святого Владимира, в одном склепе с адмиралами М. П. Лазаревым, В. А. Корниловым, П. С. Нахимовым.
В. И. Истомин имел четырёх братьев, и все они служили во флоте; Константин и Павел дослужились до адмиральских чинов.
Почтовая марка СССР из серии «Адмиралы России», посвящённая В. И. Истомину, 1989, 10 копеек (ЦФА 6158, Скотт 5850b)
Россия (2009): почтовая марка к 200-летию со дня рождения Владимира Ивановича Истомина (ЦФА (ИТЦ «Марка») #1373)