Всеволод Санаев родился в многодетной семье рабочего Тульской гармонной фабрики. К сожалению, большая часть его братьев и сестер скончалась в раннем возрасте.
Учебные успехи Всеволода были средними, что привело к решению после шестого класса начать трудовую деятельность под руководством отца, занимаясь настройкой музыкальных инструментов. К шестнадцати годам он овладел профессией и даже взял себе двоих помощников.
Однако карьера мастера по производству гармоник не продлилась долго. В детстве Санаев был впечатлён постановкой «Дядя Ваня», представленной МХТ в Туле. В дальнейшем он начал посещать драматический кружок, а затем устроился артистом в местный театр. Родители не одобряли его выбор, но Всеволод всё же переехал в столицу для получения профессионального актёрского образования.
Санаев окончил ГИТИС и работал в МХАТе до тех пор, пока не осознал, что не сможет получить значительные роли. В результате он переключился на съёмки и почти 40 лет посвятил Театру-студии киноактёра. Однако работа была непростой, особенно в условиях семейных драм.
Дебют на экране состоялся в 1938 году, когда он сыграл две небольшие роли в фильме «Волга, Волга». Первой значимой работой, по мнению критиков, стал образ Добрякова в фильме «Любимая девушка», а широкой аудитории он запомнился благодаря ролям в лентах «Возвращение Василия Бортникова», «Первый эшелон» и «Пять дней, пять ночей». В 60-х годах актёр получил множество предложений, включая роль Сиплого в «Оптимистической трагедии» и полковника Лукина в киноэпопее «Освобождение». Тем не менее, он отказался от участия в дебютном фильме Василия Шукшина, полагая, что тот слишком много на себя взял — как в режиссуре, так и в написании сценария. Когда «Живет такой парень» вышел на экраны, Санаев осознал свою ошибку и в следующем фильме Шукшина — «Ваш сын и брат» — сыграл Ермолая Воеводина.
Сотрудничество продолжилось: Всеволод Санаев снялся в картинах Василия Макаровича «Странные люди» и «Печки-лавочки», а также планировал участие в запланированном фильме Шукшина о Степане Разине, который так и не был реализован. Второй всплеск популярности пришёлся на 70-е годы, когда он исполнил главную роль в трилогии о милиции: «Возвращение «Святого Луки», «Черный принц» и «Версия полковника Зорина». В следующем десятилетии актёр также проявил себя в ярких работах, таких как «Белые росы» и «Забытая мелодия для флейты». Его фильмография завершилась картинами «Трагедия века» и «Ширли-мырли». Всеволод Васильевич мог бы сыграть и в легендарном «Чучеле», если бы не возникший семейный конфликт.
Во время гастролей театра в Киеве актёр встретил студентку филологического факультета Лидию Гончаренко и так влюбился, что сделал всё возможное, чтобы уговорить её переехать с ним в Москву. Лидия, бросившая институт, не смутилась бытовыми трудностями: после свадьбы молодожёны поселились в комнате коммунальной квартиры, а вскоре у них родился сын Алексей. Скромная, но счастливая жизнь была разрушена войной: пока Санаев находился на гастролях в Борисоглебске, Лидию Антоновну с ребёнком эвакуировали в Алма-Ату. Двухлетний малыш тяжело заболел корью и дифтерией, и его организм не смог справиться с инфекцией.Безутешная мать похоронила своего сына в казахской степи. Это горе оставило неизгладимый след в жизни семьи, однако супруги все же приняли решение о рождении второго ребенка, в результате чего появилась Елена Санаева, впоследствии ставшая известной актрисой. В возрасте пяти лет девочка заразилась инфекционной желтухой, что едва не довело ее родителей до безумия — потеря еще одного ребенка казалась им равнозначной собственной смерти.
«Я чуть не умерла, выжила только благодаря маме. Папа работал с утра до ночи, чтобы заработать деньги на врачей. В то время не существовало никаких лекарств, кроме сахарного сиропа, от этого заболевания. Меня лечили известные гомеопаты. Мама, отказывая себе во всем, покупала лучшие продукты, деревенский творог, отпаивала меня сахарным сиропом и лимонным соком, который тогда было трудно достать. И молилась. Меня даже крестили, хотя в те времена этот поступок считался предосудительным», — вспоминала Елена.
Жизнь продолжала подбрасывать супругам новые испытания. В 35 лет Санаев перенес обширный инфаркт на съемках, и с тех пор его жена жила в постоянном страхе за его здоровье. Затем произошло событие, которое навсегда изменило их семью: Лидия Антоновна рассказала политический анекдот на кухне, и соседи по коммунальной квартире написали на нее донос. Хотя «черный воронок» так и не приехал за домохозяйкой, у нее развилась мания преследования.
Лидия Санаева разбила крошечный пузырек духов из Югославии, изрезала привезенную из-за границы шубу и сожгла открытки с видами Белграда, которые могли ее скомпрометировать. Однажды ей показалось, что в автобусе за ней следят, и, опасаясь ареста, она схватила дочку и выбежала на остановке. Дома Лидия Антоновна спрятала Лену под пуховое одеяло и дала инструкции, что делать, если ее арестуют.
«Папа был вынужден положить маму в больницу, где ее лечили инсулиновым шоком в течение полугода. Мания преследования больше не возвращалась, но у нее появились депрессии. Человек, побывавший в психиатрической клинике, получал клеймо на всю жизнь. Соседки на коммунальной кухне изводили ее, кто-то смотрел косо, а кто-то даже говорил: „Ну мы же знаем, где вы были!“ Все это не могло пройти для мамы бесследно. Спустя несколько лет, когда мы уже переехали в отдельную квартиру, позвонила бывшая соседка и сказала: „Лидия Антоновна, простите меня за то, что я так издевалась над вами. Иначе я не смогу спокойно умереть“. Мама разрыдалась и бросила трубку, настолько тяжелыми для нее оказались эти воспоминания», — подчеркивала Елена Санаева.
Несмотря на все трагедии, жизнь продолжалась, и порой она преподносила Санаевым подарки. В конце 50-х годов актер наконец смог приобрести отдельную двухкомнатную квартиру у метро «Аэропорт». Огромной радостью для Всеволода Васильевича и Лидии Антоновны стало рождение внука Паши: казалось, всю свою любовь и заботу Лидия Санаева перенесла на мальчика. Однако со временем ребенок стал для нее также инструментом манипуляции.
Елена быстро расторгла брак с Владимиром Конузиным, в результате чего Паша носил её девичью фамилию. Когда ребёнку исполнилось четыре года, актриса встретила Ролана Быкова. Их отношения развивались на фоне киносъёмок, и мальчика отправили жить к бабушке и дедушке. Лидия Антоновна, однако, проявляла крайне негативное отношение к Быкову, известному своим распутным поведением, особенно после телефонного звонка его бывшей жены Лидии Князевой, которая прямо заявила, что Ролан разрушит судьбу Елены Санаевой.
Психическое состояние Лидии Антоновны ухудшалось: она намекала внуку, что Быков намерен убить Елену и завладеть гаражом Всеволода Санаева. Когда актриса решила забрать сына к себе, бабушка устроила скандал. В другой раз, когда Елена попыталась протянуть руку к ребёнку на улице, Всеволод Васильевич ударил её, демонстрируя, что мальчика ей не видать.
Из-за сложных семейных отношений Всеволод Санаев потерял роль в фильме своего зятя «Чучело»: Лидия Антоновна обвинила Быкова в кумовстве, а Всеволод Васильевич, испытывая нервный стресс, перенёс сердечный приступ. Тем не менее, после этого инцидента отношения Ролана Быкова с тестем улучшились.
В возрасте 11 лет Павел сам пришёл домой к матери и отчиму и задал вполне логичный вопрос: почему они не вместе? В результате мальчик остался с Быковым, а спустя некоторое время Лидия Санаева примирилась с этой ситуацией.
«Иногда она долго общалась с Быковым по телефону, после чего он говорил мне: „Да замечательная тётка!“ Но главное, мама была очень благодарна Ролану за его отношение к Паше. Под конец жизни она стала такой слабой, что позволила мне заботиться о себе, как о маленькой», — вспоминала Елена Санаева.
У Лидии Антоновны развился склероз мозга, а в последние месяцы к нему добавились и другие недуги. Смерть жены Всеволод Санаев перенёс крайне тяжело, фактически не приняв её. «Папа пережил маму на 10 месяцев, — отмечала Елена. — Он умирал от рака лёгких, очень тяжело — не мог ни вдохнуть, ни выдохнуть. Последние две недели он провёл в нашем с Роланом доме. Когда стало совсем плохо, приехала скорая помощь, врач сказал: „Всеволод Васильевич, поедем в больницу, сделаем укол, подключим кислородную маску“. Но папа отказался: „Нет, умру дома, с Лелей, с Роланом“.