Из купеческой семьи. Окончил Коммерческое училище и Санкт-Петербургский университет (1847). Овладел 10 иностранными языками, занимался переводами античных и современных европейских авторов, писал литературоведческие работы. Преподавал русский язык и словесность в Варшавской, затем в 1-й Санкт-Петербургской гимназии (1851—1866).
С 1856 печатал в журналах переводы и статьи по истории русской и всеобщей литературы. Совершил ряд поездок по европейским странам, изучал учебные заведения, педагогическую литературу и музеи (1857, 1859, 1873, 1875). Член комиссии при Учёном комитете Главного правления училищ для изучения учебных руководств и пособий по русской словесности (1857).
С 1859 участвовал в педагогических собраниях при 2-й Санкт-Петербургской гимназии, где выступал с рефератами по вопросам классического и реального гимназического образования. Руководил организованной им воскресной школой (1861—1862), преподавал в Смольном институте (1860—1862), в женской учительской семинарии (1863), позднее на Аларчинских женских курсах (1870). С 1869 постоянный участник собраний Санкт-Петербургского педагогического общества. Последние годы жизни занимался литературной деятельностью.
Основные труды В. И. Водовозова и литературу о нем см. в Научной педагогической электронной библиотеке.