В пятнадцатилетнем возрасте В. В. Голицын вступил чашником на придворную службу и к 1676 году достиг боярского звания. В царствование Федора III Алексеевича (1676 -1682) занимал ключевые посты в государстве, заведовал Пушкарским (1676-1677), Судным и Владимирским (1677-1680) приказами. В 1677-1678 годах принимал участие в Чигиринских походах.
Во время Московского восстания 1682 года В. В. Голицын выступил сторонником партии Милославских и царевны Софьи Алексеевны. С ее приходом к власти он стал фактически первым лицом в аппарате государственного управления. В 1683 году ему было присвоено звание воеводы и титул «царственныя большие печати и государственных великих посольских дел оберегатель, ближний боярин и наместник новгородский».
В годы правления царевны В. В. Голицын вновь возглавлял Пушкарский (1682-1686), а также Иноземский и Рейтарский (1682-1689), Посольский, Малороссийский, Смоленский, Новгородский (1682-1689) приказы, Устюжскую и Галицкую четверти (1682-1689).
В. В. Голицын был одним из инициаторов отмены местничества (1682). Он пытался реорганизовать дворянскую конницу и стрелецкое войско. Некоторые иностранные источники сообщают, что князь вынашивал широкие планы реформ, которые должны были преобразовать Россию.
Во внешней политике В. В. Голицын был сторонником сближения России со странами Европы. Князь проявил себя способным дипломатом. Он очень умело вел дипломатические переговоры со Швецией, продлив действие Кардисского мирного договора 1661 года. В 1686 году им был заключен выгодный для России«Вечный мир» с Польшей.
В 1687 и 1689 годах В. В. Голицын командовал войсками в ходе двух походов на Крымское ханство, пытаясь завоевать его. Крым в итоге завоеван не был, а русские войска понесли большие потери. Однако эти походы привели к ослаблению и Крымского ханства, и Турции.
Падение правительства Софьи Алексеевны (1689) повлекло за собой опалу В. В. Голицына. Лишенный боярства и всего имущества, он был сослан с семьей в Каргополь, затем в деревню Яренск. Обвиненный по оговору в ходе розыска над Ф. Л. Шакловитым в заговоре против Петра I, В. В. Голицын был сослан в Пустозерский острог (ныне в окрестностях Нарьян-Мара), а затем в село Кологоры Пинежского уезда.
В. В. Голицын скончался 21 апреля (2 мая) 1714 года в селе Кологоры. Похоронен в Красногорском Богородицком монастыре, возле Пинеги.