Родился в семье профессора химии в Петрограде. Его дед был врачом – генералом Царской армии, прадед был архимандритом в храме в г. Тула, членом одного Дворянского собрания с Л. Толстым.
Тихомиров В.В. ушёл добровольцем на фронт. Добивался этого полгода, т. к. в начале войны был назначен парторгом ЦК Азгеолуправления, подчинялся И.В. Сталину, имел также бронь как геолог и штурман (по особому приказу их не призывали на фронт до пополнения армии самолетами). Все это мешало ему попасть на фронт. Но он добился призыва и подал рапорт Главнокомандующему Ленинградским фронтом разрешить в виде исключения летать. На ленинградском небе было всего два летающих комиссара. Тихомирову предложили перейти в штаб, но он категорически отказался и продолжал совершать ночные боевые вылеты. Попросил, чтобы его направили на Ленинградский фронт, так как там была очень сложная обстановка.
18 апреля 1944 г. Был тяжело ранен, полностью потерял зрение.
В апреле 1949 г. Присуждена ученая степень кандидата геолого-минералогических наук, в июле 1949 г. Присуждена ученая степень доктора геолого-минералогических наук. Профессор ВАК. Член-корреспондент АН СССР, академик РАЕН, единственный геолог мира академик Международной Академии наук. Президент ИНИГЕО (Международная комиссия по истории геологических наук). Главный редактор 1050 томов справочно-информационного издания “Геологическая изученность СССР”. Такого издания больше нет ни по другим отраслям знания, ни в какой другой стране мира. Международным союзом геологических наук впервые в истории этой организации была учреждена награда (медаль) за достижения в области истории геологии имени В. В. Тихомирова – “V.V. Tikhomirov Award in History of Geology”.
В. В. Тихомиров награждён 20-ю орденами и более 15-ю медалями. Является основоположником направления в науке – “История геологии”.
Был женат. Имел сына и дочь и четверых внуков.