Родился 28 сентября 1962 г. в Москве. Отец – Илья Толстой (1930-1997), правнук русского писателя Льва Толстого, вырос в эмиграции в Югославии, в 1945 г. семья возвратилась в СССР. В Советском Союзе получил филологическое образование, с 1985 г. возглавлял кафедру стилистики русского языка факультета журналистики Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова.
Владимир Толстой в 1984 г. окончил международное отделение факультета журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова.
С 1980 по 1992 г. работал корреспондентом, затем редактором отдела журнала «Студенческий меридиан».
В 1993-1994 гг. — ведущий эксперт отдела музеев Министерства культуры РФ.
С 1994 по 2012 г. занимал должность директора Государственного мемориального и природного заповедника «Музей-усадьба Л. Н. Толстого «Ясная Поляна». По инициативе Владимира Толстого в состав музея-заповедника были включены филиалы: Никольско-Вяземское, Большое и Малое Пирогово, Крапивенский краеведческий музей, станция Козлова Засека, детский сад «Муравейное братство», усадьба «Мансурово», научно-культурный центр в Туле, где располагаются издательский дом и художественная галерея.
С 2004 г. — председатель жюри литературной премии «Ясная Поляна». Также с 2004 г. возглавлял Общественную палату Тульской области.
В 2010–2012 гг. — член Общественной палаты РФ. Входил в комиссию по сохранению и развитию отечественной культуры. Досрочно прекратил свои полномочия в связи с переходом на работу в Администрацию Президента РФ.
С 23 мая 2012 г. — советник Президента РФ по вопросам культуры и искусства. Вновь назначен на этот пост 13 июня 2018 г. Полномочия прекращены 13 мая 2024 г.
С 9 июня 2014 г. – председатель Совета при Президенте РФ по русскому языку.
Член президиума российского национального комитета Международного совета музеев (ИКОМ; с 1999 г.). В 2009-2016 гг. – президент ИКОМ России.
Председатель центрального совета Ассоциации музейных работников регионов России (с 1997 г.).
Член Президиума Союза музеев России (в 2002-2012 гг.).
Член Союза журналистов СССР с 1988 г., член Союза журналистов России с 1991 г.
Совместно с другими членами семьи Толстых является учредителем фонда «Наследие Л.Н. Толстого».
Действительный государственный советник РФ II класса (2013).
