Из крестьян. Получил среднее образование. Родился в семье кадрового военнослужащего-артиллериста Михаила Семеновича Михалкина, командира артиллерийской батареи, дослужившегося до звания генерал-полковника артиллерии. Часто переезжал с семьёй по местам службы отца, жил в Витебской области, затем в Выборге.
В начале Великой Отечественной войны добровольцем отправился на фронт, приписав себе сразу три лишних года возраста в документах. Примечательно, что отец знал об этом, но не стал препятствовать. Более того, за всю войну младший Михалкин никогда не служил под командованием отца. С июля 1941 года — в Красной Армии. Воевал телефонистом и артиллерийским разведчиком в составе 42-й армии Ленинградского фронта, участвовал в оборонительных боях на Пулковских высотах, на «Невском пятачке», был ранен. Вернувшись в строй, воевал в составе войск внутри блокадного кольца до полного снятия блокады Ленинграда. Участник Ленинградско-Новгородской и Выборгской наступательных операций. Будучи переброшенным с частью на центральный участок советско-германского фронта, участвовал в Львовско-Сандомирской наступательной операции. В декабре 1944 года окончил краткосрочные фронтовые курсы подготовки офицерского состава, получил звание младшего лейтенанта и был назначен адъютантом командующего артиллерией 21-й армии 1-го Украинского фронта. В боях 1945 года освобождал Польшу и Чехословакию.
За годы войны награждён тремя боевыми орденами, медалями «За отвагу» и «За оборону Ленинграда». Родной брат Владимира Михалкина Юрий также воевал на фронте офицером-артиллеристом и погиб в бою.
После войны продолжил службу в Советской Армии. Служил в частях Одесского военного округа в Тирасполе, с 1946 года — в Ленинградском военном округе, был командиром миномётного взвода, взвода курсантов военного училища. В 1949 году окончил Объединённые курсы усовершенствования комсостава, а в 1953 году экстерном сдал экзамены за курс Ленинградского артиллерийского училища. Член КПСС.
С 1953 года — командир батареи тяжёлых миномётов 2-й гвардейской артиллерийской дивизии прорыва в Ленинградском военном округе, затем командовал дивизионной школой сержантов. В 1962 году окончил Артиллерийскую Академию имени Ф. Э. Дзержинского. С 1962 года был заместителем командира, а с 1965 года стал командиром 87-го гвардейского самоходно-артиллерийского полка 39-й гвардейской мотострелковой дивизии в Группе советских войск в Германии. С 1968 года — командир ракетной бригады в Северо-Кавказском военном округе. С июня 1970 года по апрель 1974 года — командир 26 Краснознамённой Сивашской Штетинской ордена Суворова артиллерийской дивизии в Прикарпатском военном округе (штаб дивизии располагался в г. Тернополь).
В дальнейшем генерал Михалкин ещё трижды повышал своё образование: в 1970 и в 1974 годах он окончил Высшие академические курсы при Военной академии имени Ф. Э. Дзержинского, в 1983 году — Высшие академические курсы при Военной академии Генерального штаба Вооружённых сил СССР. С апреля 1974 года — начальник ракетных войск и артиллерии 7-й танковой армии Белорусского военного округа. С 1976 года — командующий ракетными войсками и артиллерией Белорусского военного округа.
С октября 1978 года — начальник штаба командующего ракетными войсками и артиллерией Сухопутных войск. С 1983 года — командующий ракетными войсками и артиллерией Сухопутных войск. Воинское звание маршала артиллерии присвоено 15 февраля 1989 года (последний военачальник, которому присваивалось это звание в СССР).
Принимал активное участие в военных событиях периода холодной войны. Так, многократно находился в командировках в Афганистане в период Афганской войны (1979—1989), первая из которых началась в январе 1980 года, то есть через несколько дней после ввода советских войск в Афганистан. В 1983 году в кратчайшие сроки разработал и осуществил операцию по скрытной переброске из СССР в Восточную Европу и размещению на боевых позициях трёх ракетных бригад, оснащённых ракетами средней дальности (две бригады были размещены на территории ГДР и одна в Чехословакии). Эта операция была проведена по личному указанию Ю. В. Андропова в ответ на развертывание в Западной Европе ракет средней дальности «Першинг-2».
В сентябре 1991 года освобождён от занимаемой должности, хотя никак не участвовал в действиях ГКЧП. Находился в распоряжении Министра обороны СССР, в январе 1992 года уволен в запас. Живёт в Москве. Наряду с командной работой много работал в теории применения ракетных войск в боевых условиях, в области управления ракетными войсками на тактическом и оперативном уровнях, а также в теории стрельбы. Автор целого ряда боевых уставов и наставлений. Написал и издал «Курс подготовки специалистов» для ракетных войск. Автор большого количества трудов и публикаций. Кроме того, в 1990-х годах издал книгу мемуаров «Маршальский жезл в солдатском ранце».
Маршал артиллерии В. М. Михалкин продолжает активно участвовал в общественной жизни и в боевой подготовке ВС России. Он активно участвует в работе ряда ветеранских организаций, сам является Президентом общественно-благотворительного Фонда «Офицерское братство». Работает инспектором в Министерстве обороны Российской Федерации, один из организаторов возрождения ежегодных общеармейских конкурсов на звание «Лучший артиллерист Российской Армии», постоянный член жюри этого конкурса.
В 2005 году на канале ОРТ был показан документальный фильм «На острие огня» из цикла «Ударная сила» о В. М. Михалкине. В 2006 году на Российском телевидении был показан документальный фильм «Маршал огня» о В. М. Михалкине.