Он появился на свет 19 июля 1935 года в Москве в творческой семье. Родоначальником актёрской династии был дед маленького Васи — Николай Ливанов впервые вышел на сцену в 18 лет, служил сначала в провинциальных театрах, а затем добрался и до столичных подмостков. По его стопам пошёл и отец будущего Шерлока — Народный артист Борис Ливанов сыграл несколько десятков театральных и киноролей. Его супруга Евгения Правдзиц-Филипович получила художественное образование, но впоследствии посвятила себя семье.
В доме Ливановых царила особая атмосфера. У них в гостях собирался весь свет творческой интеллигенции — актёры Василий Качалов, Николай Черкасов и Михаил Тарханов, режиссёр Александр Довженко, поэт Борис Пастернак, художник Пётр Кончаловский. С самого детства Вася находился в эпицентре культурной жизни столицы, однако приобщаться к миру искусства поначалу на планировал — мечтал стать то военным, то врачом, то дрессировщиком, то путешественником. Учился будущий актёр в специальной школе при Академии художеств, где его карикатуры на педагогов пользовались большой популярностью у одноклассников.
И тем не менее против семейной традиции Василий не пошёл. После школы подал документы в Щукинское училище и успешно сдал вступительные экзамены на актёрский факультет. А едва получив диплом, дебютировал на большом экране — сыграл геолога Андрея в ленте Михаила Калатозова «Неотправленное письмо». Первые съёмки оставили о себе воспоминание на всю жизнь. Режиссёр предложил озвучить зимние эпизоды прямо на улице в 40-градусный мороз. Бушевала вьюга, и Ливанов изо всех сил пытался перекричать порывы ветра. После нескольких дублей начинающий актёр сорвал голос, а спустя несколько дней обнаружил у себя необычный тембр с хрипотцой, который впоследствии стал его визитной карточкой.
После этого фильмография Василия Ливанова пополнилась целой плеядой положительных героев. Он сыграл пианиста Петра в «Слепом музыканте», народовольца Крыльцова в «Воскресении», врача Сашу Зеленина в «Коллегах» и даже был признан самым популярным актёром на кинофестивале в аргентинском Мар-дель-Плате. Однако Ливанов не хотел становиться заложником одного амплуа. Он мечтал о сложной драматической роли Андрея Рублёва и даже предложил идею одноимённого фильма режиссёру Андрею Тарковскому, однако так и не появился в заветном образе. Отказавшись сыграть очередного «очкарика», Ливанов поступил на Высшие режиссёрские курсы, чтобы научиться самому снимать кино. Его дипломной работой стала мультипликационная короткометражка «Самый-самый-самый» про хвастливого львёнка.
С тех пор анимация прочно вошла в жизнь актёра. Он получил должность режиссёра-постановщика на киностудии «Союзмультфильм», сам снял несколько анимационных картин и написал десятки сценариев, среди которых были «Бременские музыканты», «Дед Мороз и лето», «Синяя птица». Но ещё более плодотворной оказалась работа Василия Ливанова в качестве актёра озвучивания — его голосом говорили персонажи 300 с лишним мультфильмов, в том числе и любимые миллионами Карлсон, крокодил Гена, Удав из «38 попугаев».
И все же свою главную роль Василий Ливанов исполнил в цикле телефильмов «Приключения Шерлока Холмса и доктора Ватсона». Режиссёр Игорь Масленников с самого начала видел в образе Шерлока именно Ливанова, хотя на всякий случай на пробы был приглашён Александр Кайдановский. С экранным Мориарти Виктором Евграфовым Ливанов был давним соперником и отношения актёров были натянутыми, зато с Ватсоном Виталием Соломиным исполнитель главной роли сразу нашёл общий язык — они остались верными друзьями и после съёмок.
Василий Ливанов ещё не раз возвращался к образу Шерлока Холмса в разных его интерпретациях: сыграл детектива в интермедии для «Голубого огонька», подарил голос псу-сыщику в мультфильме «Пёс в сапогах», озвучил главного героя анимационной ленты «Мы с Шерлоком Холмсом» и серию компьютерных игр, посвященных знаменитому персонажу. Кроме того, актёр вновь перевоплощался в Холмса в рекламе печенья «Бартонс», чая «Ристон» и «Высоцкий».
Спустя двадцать лет после выхода фильма на экраны Василий Ливанов был награждён почётным членством ордена Британской империи — награду ему вручил посол Великобритании Энтони Брентон. А вскоре у стен британского посольства в Москве открыли памятник Шерлоку Холмсу и доктору Ватсону в исполнении Ливанова и Соломина. Изображение советских актёров появилось и на серии коллекционных монет — к 120-летию с момента выхода первой повести о Шерлоке Холмсе компания «Новозеландский монетный двор» выпустила серебряные монеты номиналом в два доллара Островов Кука.
Помимо съёмок в кино и дубляжа Василий Ливанов достиг успехов на литературном поприще. Спектакли по его произведениям шли на сцене многих театров, а по повести «Мой любимый клоун» был снят одноимённый фильм. Кроме того актёр выпустил сборники сказок собственного сочинения, которые были изданы за рубежом на английском, испанском, сербском, румынском, турецком языках. На экране Ливанов в последний раз появился в 2007 году — сыграл советник по международным отношениям в боевике «Медвежья охота». А в 2019 году в качестве режиссёра снял исторический фильм «Медный всадник России», посвящённый созданию знаменитого памятника.
Сегодня Василий Ливанов — любящий муж, отец и счастливый дедушка четверых внуков. Первой супругой актёра стала соседка и подруга детства Алина Энгельгардт — дочь биохимика Владимира Энгельгардта. Они прожили вместе двенадцать лет, однако эти годы нельзя было назвать счастливыми: Ливанов злоупотреблял алкоголем и становился агрессивным, так что жена в конце концов подала на развод. В браке на свет появилась дочь Анастасия, с которой звёздный отец не виделся двадцать лет, но затем сумел наладить отношения. Девушка окончила биофак МГУ, а впоследствии стала скульптором, родила сына Владимира и дочь Ксению.
Спустя два года после развода Василий Ливанов женился во второй раз. С художником-мультипликатором Еленой Балабановой он познакомился на киностудии «Союзмультфильм» и счастлив в браке по сей день. Супруга подарила актёру двоих сыновей, но судьба старшего оказалась трагической. Борис Ливанов получил в наследство от отца не только все его таланты — стал актёром, телеведущим, художником, писателем, поэтом — но и пристрастие к крепким напиткам. Алкогольная зависимость послужила причиной его отчисления из университета и разрушила семейную жизнь. А однажды в порыве пьяной драки он заколол ножом собутыльника и был приговорён к восьми годам тюрьмы.
У Бориса осталась дочь Ева, которая с рождения была глухой. Узнав о диагнозе дочери, её мать тоже начала злоупотреблять спиртным, так что опеку над девочкой взял на себя её знаменитый дедушка. Василий Ливанов сделал всё возможное, чтобы вылечить внучку, и в конце концов ему это удалось — сегодня Ева полностью здорова. Вернувшись из заключения, Борис Ливанов вёл закрытый образ жизни, проживая на родительской даче, однако в 2017 году стало известно о его романе с Марией Голубкиной — влюблённые планировали свадьбу, но в итоге расстались.
Младший сын Василия Ливанова пошёл по стопам обоих родителей — Николай Ливанов окончил актёрский факультет ВГИКа, а затем стал художником-мультипликатором и подарил знаменитому дедушке внучку Алису.