Родился 17 июня 1962 г. в Москве. Внук Героя Советского Союза адмирала флота Владимира Афанасьевича Касатонова (1910-1989) и племянник адмирала Игоря Владимировича Касатонова (род. 1939), занимавшего в 1992-1999 гг. пост первого заместителя главнокомандующего ВМФ РФ.
В 1979 г. Владимир Касатонов стал выпускником Нахимовского военно-морского училища в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). В 1984 г. с золотой медалью окончил Черноморское высшее военно-морское училище им. П. С. Нахимова (Севастополь), в 1991 г. - Высшие специальные офицерские классы Военно-морского флота (ныне в составе Военного учебно-научного центра ВМФ "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова", ВУНЦ ВМФ), в 1999 г. – с отличием Военно-морскую академию им. Н. Г. Кузнецова. В 2008 г. с отличием окончил Военную академию Генерального штаба ВС РФ Вооруженных сил в Москве.
Доктор военных наук (2018).
Офицерскую службу в рядах ВМФ СССР Владимир Касатонов начал на Северном флоте (СФ). Был командиром группы управления ракетного дивизиона ракетно-артиллерийской боевой части, затем - командиром дивизиона на тяжелом атомном ракетном крейсере "Киров". В 1988 г. стал помощником командира этого корабля. В 1991 г. был назначен старшим помощником командира гвардейского эскадренного миноносца "Гремящий". С 1994 г. являлся старшим помощником командира эскадренного миноносца "Расторопный", в 1994-1997 гг. командовал этим кораблем.
В 1999 г. был назначен начальником отделения мобилизационного отдела организационно-мобилизационного управления штаба СФ.
В 2000-2005 гг. контр-адмирал Владимир Касатонов командовал тяжелым атомным ракетным крейсером "Петр Великий".
В 2005-2006 гг. являлся начальником штаба дивизии ракетных кораблей СФ, в 2008-2010 гг. - командиром дивизии ракетных кораблей СФ.
В 2010-2012 гг. командовал Кольской флотилией разнородных сил СФ.
В 2012 г. занял пост начальника штаба - первого заместителя командующего Тихоокеанским флотом (ТОФ).
В 2016-2019 гг. возглавлял ВУНЦ ВМФ "Военно-морская академия им. Н. Г. Кузнецова".
С декабря 2019 г. находился в должности заместителя главнокомандующего ВМФ.
8 июля 2024 г. источник в военно-морской сфере сообщил ТАСС, что адмирал Владимир Касатонов назначен начальником главного штаба ВМФ.
Адмирал (2023).
Награжден орденами медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" IV степени c мечами, Александра Невского, "За военные заслуги", "За морские заслуги", медалями, иностранными наградами.
Автор более 30 научных статей и монографий.