Сын архитектора Василия Петровича Стасова. Брат Владимира, Дмитрий Васильевич Стасов (1828—1918), был выдающимся адвокатом.
В 1836 году Стасов был отдан отцом в только что созданное Училище правоведения. Ещё в училище Стасов проникся живым интересом к музыке, но особых композиторских задатков в себе не нашел, и решил впервые попробовать свои силы на поприще критика. В 1842 году он написал статью о Ф. Листе, приехавшем в Петербург, хотя и нигде не напечатал её.
В 1843 году Стасов закончил Училище, после чего пошел на службу помощником секретаря в Межевом департаменте Сената, с 1848 — секретарем в Департаменте герольдии, а с 1850 — помощником юрисконсульта в Департаменте юстиции. Стасов свободно владел шестью языками. В 1847 году, когда в Отечественных записках появились его первые статьи, началась литературная деятельность критика. В этом же году Стасов был приглашен издателем Отечественных записок Краевским к сотрудничеству в отдел иностранной литературы. С тех самых пор Стасов еще и начал писать небольшие обозрения по вопросам живописи, скульптуры, архитектуры и музыки. С 1847 по 1848 годы он опубликовал около 20 статей.
В 1848 году, за связь с петрашевцами, Стасов был отстранен от работы в журнале, арестован и заключен в Петропавловскую крепость. В 1851 году В. В. Стасов вышел в отставку и в качестве секретаря уральского промышленника и мецената А. Н. Демидова, очень богатого человека, поклонника искусств, уехал за границу. Работал в крупнейших библиотеках и архивах. Был библиотекарем в имении Демидова в Сан-Донато близ Флоренции, часто посещал русских художников и архитекторов, проживавших в Италии — Александра Брюллова, Сергея Иванова, Воробьева и Айвазовского.
В мае 1854 года В. В. Стасов вернулся в Петербург. В то время с его помощью и оформилось художественное объединение композиторов, ставшее известным под именем, данным Стасовым Могучая кучка. В 1860-х годах Стасов поддерживал «Товарищество передвижных выставок», с которым тесно связана вся его деятельность. Стасов был одним из главных вдохновителей и историком «передвижников», принимал активное участие в подготовке первой и ряда последующих их выставок. В конце 1856 года директор Публичной библиотеки в Петербурге М. А. Корф предложил Стасову работу в качестве своего помощника, а именно — для собирания материалов по истории жизни и царствования Николая I.
В 1856—1872 годах Стасов работал в Публичной Библиотеке, имея в Художественном отделении свой стол. По его инициативе организуется ряд выставок древнерусских рукописей. В ноябре 1872 принят на штатную должность библиотекаря, до конца жизни заведовал Художественным отделом. На этом посту постоянно консультировал писателей, художников, композиторов, собирал рукописи русских деятелей искусства, в особенности композиторов (во многом благодаря Стасову Российская национальная библиотека располагает ныне самыми полными архивами композиторов петербургской школы).
В 1900 году одновременно со своим другом Л. Н. Толстым избран почётным членом Российской Академии Наук.
Стасов активно поддерживал движение Передвижников и выступал против безальтернативного господства академического искусства. Его критические статьи и монографии о ныне знаменитейших представителях русского искусства (Н. Н. Ге, В. В. Верещагин, И. Е. Репин, М. П. Мусоргский, А. П. Бородин, К. П. Брюллов и пр.) а также обширная переписка с ними представляют величайший интерес. Он также известен как оппонент музыкального критика (и бывшего своего друга) А. Н. Серова в обсуждении достоинств двух опер М. И. Глинки; Стасов был исследователем и пропагандистом творчества композитора.
Стасов был идеологом нового направления в музыке, представленного группой петербургских композиторов, названной им «Могучая кучка».
Стасов также был активным критиком антисемитизма, и был ценителем еврейского искусства. Так в ответ на очерк Рихарда Вагнера «Еврейство в музыке», он ответил в эссе «Жидовство в Европе /По Рихарду Вагнеру/» (1869), где выступил с резкой критикой антисемитизма композитора
И. С. Тургенев: