Родился 28 сентября 1962 г. Отец – Илья Толстой (1930-1997), правнук русского писателя Льва Толстого, вырос в эмиграции в Югославии. В 1945 г. семья возвратилась в СССР.
Владимир Толстой в 1984 г. окончил международное отделение факультета журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова.
В 1985 г. возглавил кафедру стилистики русского языка родного факультета.
С 1980 по 1992 г. работал корреспондентом, затем редактором отдела журнала «Студенческий меридиан». Член Союза журналистов СССР с 1988 г., член Союза журналистов России с 1991 г.
В 1993-1994 гг. – ведущий эксперт отдела музеев Министерства культуры РФ. С 1997 г. – председатель центрального совета Ассоциации музейных работников регионов России.
С 1994 по 2012 г. занимал должность директора Государственного мемориального и природного заповедника «Музей-усадьба Л.Н. Толстого «Ясная Поляна». По инициативе Владимира Толстого в состав музея-заповедника были включены филиалы: Никольско-Вяземское, Большое и Малое Пирогово, Крапивенский краеведческий музей, станция Козлова Засека, детский сад «Муравейное братство», усадьба «Мансурово», научно-культурный центр в Туле, где располагаются издательский дом и художественная галерея.
С 1999 г. – член президиума российского национального комитета Международного совета музеев (ИКОМ). В 2009-2016 гг. – президент ИКОМ России.
В 2002-2012 гг. – член Президиума Союза музеев России. Заслуженный работник культуры РФ (2003).
С 2004 г. – председатель жюри литературной премии «Ясная Поляна». Совместно с другими членами семьи Толстых является учредителем фонда «Наследие Л.Н. Толстого».
С 2004 г. возглавлял Общественную палату Тульской области. В 2010-2012 гг. – член Общественной палаты РФ. Входил в комиссию по сохранению и развитию отечественной культуры. Досрочно прекратил свои полномочия в связи с переходом на работу в Администрацию Президента РФ.
С 23 мая 2012 г. – советник Президента РФ по вопросам культуры и искусства. Действительный государственный советник РФ II класса (2013). Вновь назначен на этот пост 13 июня 2018 г. Полномочия прекращены 13 мая 2024 г.
С 9 июня 2014 г. – председатель Совета при Президенте РФ по русскому языку.
С 9 июля 2024 г. – директор Государственного музея Л.Н. Толстого.