В кино Гостюхин дебютировал еще на последнем курсе ГИТИСА, снявшись в эпизодической роли солдата Вехова фильме Марлена Хуциева "Был месяц май" (1970).
Первой заметной ролью стала кинокартина "Восхождение" режиссера Ларисы Шепитько (1976). Это был заслуженный успех, так как Гостюхину пришлось пройти сложный кастинг, и на роль выбрали именно его. Фильм был высоко оценен критиками и публикой. Кинолента "Восхождение" получила международные награды.
Немаловажную роль в судьбе актера сыграл и многосерийный фильм "Хождение по мукам". В фильме режиссера Ордынского актер получил роль анархиста, бандита Красильникова. Гостюхин стал узнаваемым актером, его полюбили зрители, и стали приглашать на съемки многие режиссеры.
Среди лучших работ Гостюхина того времени можно назвать киноленты: "В поисках капитана Гранта", "Старшина", "Время выбрало нас", "Охота на лис", "Берег", "Предварительное расследование" , "Зина-Зинуля" и другие.
В 1991 году Владимир Гостюхин снялся в фильме Никиты Михалкова "Урга: Территория любви". Взяв практически анекдотическую жизненную ситуацию о том, как степной монгол поехал в город за средствами предохранения. Дело в том, что в монгольских степях, граничащих с Китаем, существует строгий закон - в каждой семье может быть не больше трех детей. Молодая пара - Пагма и Гомбо - уже имеют троих малышей, зачатых в любви, и хотели бы больше, однако закон суров. Поэтому Пагма посылает мужа в город за презервативами. Он отправляется выполнять поручение вместе с русским шофером, роль которого блистательно сыграл Владимир Васильевич. Этот фильм получил "Золотого льва" Венецианского кинофестиваля, премию "Ника" и номинацию на "Оскар".
В 1991 году Владимир Гостюхин снялся в фильме Никиты Михалкова "Урга: Территория любви". Взяв практически анекдотическую жизненную ситуацию о том, как степной монгол поехал в город за средствами предохранения. Дело в том, что в монгольских степях, граничащих с Китаем, существует строгий закон - в каждой семье может быть не больше трех детей. Молодая пара - Пагма и Гомбо - уже имеют троих малышей, зачатых в любви, и хотели бы больше, однако закон суров. Поэтому Пагма посылает мужа в город за презервативами. Он отправляется выполнять поручение вместе с русским шофером, роль которого блистательно сыграл Владимир Васильевич. Этот фильм получил "Золотого льва" Венецианского кинофестиваля, премию "Ника" и номинацию на "Оскар".
Новый виток популярности принесла актеру роль Федора Ивановича в сериале "Дальнобойщики"(2001‑2008).
В эти годы вышло сразу несколько фильмов с интересными работами актера: "Война" , "Сказ про Федота‑стрельца" , "Прикованный", "Дикий табун", "Ночь светла", в сериалах "Охота на Изюбря", "Первый после Бога", "Гражданин начальник‑3" , "Юнкера", "В лесах и на горах", телевизионном фильме "Тихий Дон".
Потом вышли фильмы: "Смерш ‑ 2", "Око за око", "Крещение", "Горбунок", "Властимир", "Русичи", "Ящик Пандоры", "1943", "Три дна лейтенанта Кравцова".
Всего Владимир Гостюхин снялся более чем в 80 фильмах.