Сын актёра Бориса Ливанова, внук актёра Николая Александровича Ливанова (Извольского). Мать, Евгения Казимировна Ливанова(1907—1978), полька, была «одной из самых очаровательных московских женщин». Завсегдатаями дома Ливановых были Качалов, Пастернак, Довженко, Черкасов, Тарханов, Кончаловский. В 1954 году Василий Ливанов окончил Московскую среднюю художественную школу при Академии художеств СССР, а позднее — Театральное училище им. Щукина (1958) и Высшие режиссёрские курсы при Госкино СССР (мастерская Михаила Ромма, 1966).
Сочетание интеллигентности, душевной тонкости, романтичности, искренности чувств было определяющим в ранних экранных образах Василия Ливанова.
В 1966—1973 годах работал на киностудии «Союзмультфильм» режиссёром-постановщиком. Озвучил около 300 мультипликационных персонажей, в том числе Карлсона, Крокодила Гену и Удава в мультфильме «38 попугаев» . Вместе с Юрием Энтиным и Геннадием Гладковым создал мультфильм «Бременские музыканты».
В 1988 году Василию Ливанову было присвоено звание Народного артиста РСФСР.
15 июня 2006 года в Москве Василию Ливанову послом Великобритании был вручён орден Британской империи за лучший классический экранный образ Шерлока Холмса.
