Родился в селе Лопьял Вятской губернии. Сын сельского священника Михаила Васильевича Васнецова и Аполлинарии Ивановны. Всего в семье было шестеро детей, в том числе Аполлинарий Васнецов – художник, известный живописными реконструкциями старой, допетровской Москвы.
Первоначальное образование получил в Вятской духовной семинарии. В 1868–1875 годах учился в Петербургской Академии художеств. В 1876 году был в Париже, затем в Италии. С 1874 года постоянно участвовал в выставках передвижников. В 1892 году получил звание академика. Как и многие русские художники того времени, стремился выйти за границы канонов академического искусства.
С 1878 года Васнецов поселился в Москве, где им были написаны самые известные картины и выработана иллюстративно-фольклорная направленность творчества. Современников поражали огромные полотна на исторические темы и темы русских сказок и былин – «После побоища», «Богатыри» и т.д.
Искусство Васнецова порождало острые дискуссии. Многие видели в нем начало нового, истинно национального направления в русской живописи. Но большинство считало его живопись безынтересной, а попытки возродить византийский и древнерусский стили бесплодными. Особые споры возникли после выхода первого номера журнала «Мир искусство» в 1898 году, где также было представлено творчество Васнецова. «Никак я не мог одобрить и то, что в первом же номере, имевшем как-никак значение известного credo наших идеалов и стремлений, половина иллюстраций была посвящена тому художнику, к которому у меня выработалось определенное отрицательное отношение, а именно к Виктору Васнецову» – негодовал А.Н. Бенуа. Чуть позже Михаил Нестеров писал: «Десятки русских выдающихся художников берут свое начало из национального источника – таланта Виктора Васнецова».
Тем не менее, творчество В.М. Васнецова оказало влияние на художников периода модерн и, особенно, на художников Абрамцевского кружка С.И. Мамонтова, одним из организаторов которого и активным участником он был в 1880-х годах. Васнецов исполнил костюмы и декорации для постановок в театре Мамонтова, в 1881 году вместе с В. Поленовым построил церковь в «русском стиле» в Абрамцеве. В дальнейшем он спроектировал и осуществил немало построек: собственный дом и мастерскую в 3-м Троицком переулке (ныне Васнецова), галерею Цветкова на Пречистенской набережной, фасад главного здания Третьяковской галереи в Лаврушинском переулке и т.д.
В 1885-1896 годах принимал участие в работе над росписями Владимирского собора в Киеве. Обращение к религиозной теме им было продолжено в мозаиках для храма Вознесения в Петербурге, росписях и мозаиках храма Рождества Иоанна Предтечи на Пресне и т.д.
Был женат на Александре Владимировне Рязанцевой. Имел сыновей: Бориса, Алексея, Михаила, Владимира и дочь Татьяну.
Умер в Москве в своей мастерской во время работы над портретом. Похоронен на Лазаревском кладбище. Позднее его прах был перенесен на Введенское кладбище Москвы.