Василий Ливанов родился в Москве (СССР (Россия)) 19 июля 1935 года в семье популряного совесткого актера Бориса Ливанова.
Окончив в 1954 году Московскую среднюю художественную школу при Академии художеств СССР, Василий поступил в Театральное училище им. Щукина. После окончания училища в 1958 году, занимался на Высших режиссерских курсах при Госкино СССР вплоть до 1966 года.
Кинематографический дебют Василия Ливанова состоялся в 1959 году с ролью в мелодраме «Неотправленное письмо» (1959). В числе наиболее удачных актерских работ Ливанова, роль Бенедиктуса в исторической картине «Ярославна, королева Франции» (1978), Николая Первого в биографической мелодраме «Звезда пленительного счастья» (1975), Дзержинского в картине «Синяя тетрадь» (1963).
Однако наиболее известной ролью Ливанова, безусловно, является роль Шерлока Холмса в многосерийном телевизионном фильме «Шерлок Холмс и доктор Ватсон» (1979-1986). На сегодняшний день образ созданный Ливановым считается лучшим из существующих воплощений легендарного сыщика в кино.
Несмотря на столь оглушительный успех в качестве киноактера, работой в кино интересы и таланты Ливанова не ограничиваются. В течение нескольких лет Ливанов руководил Московским экспериментальным театром «Детектив», который он основал вместе с писателем и сценаристом Юлианом Семеновым. Срежиссировал два мультфильма «Самый, самый, самый» (1966) и «Синяя птица» (1970), а в 1996 году совместно с Олегом Григоровичем поставил и свою первую, и пока что единственную, полнометражную картину «Дон Кихот возвращается».
Совместно с Юрием Энтиным написал сценарий к великолепным мультфильмам: «Бременские музыканты» (1969) и «По следам бременских музыкантов» (1971). В качестве одного из авторов сценария принял участие в создании мелодрамы «Мой любимый клоун» (1986), главную роль в котором исполнил Олег Меньшиков.
Сейчас актер проживает вместе со своей второй женой, художницей Еленой Артемьевной, вместе с которой воспитывает двух сыновей Николая и Бориса. От первого брака у актера взрослая дочь Анастасия.