Родился 6 октября 1943 г. в селе Кудиново Московской области РСФСР (ныне РФ).
В 1962 г. получил диплом Кудиновского машиностроительного техникума по специальности "техник-технолог литейного производства". В 1966 г. с золотой медалью окончил Ейское высшее военно-авиационное училище летчиков (ВВАУЛ). В 1975 г. заочно стал выпускником Военно-воздушной академии им. Ю. А. Гагарина (пос. Монино, Московская обл.), в 1991 г. окончил Военную академию Генерального штаба Вооруженных Сил (ВС) СССР им. К. Е. Ворошилова (ныне Военная академия Генерального штаба ВС РФ, Москва).
С 1962 г. состоял в рядах Военно-воздушных сил (ВВС) ВС СССР. После окончания ВВАУЛ в г. Ейске (Краснодарский край) последовательно занимал должности летчика-инструктора, старшего летчика-инструктора, командира авиационного звена, командира эскадрильи, заместителя командира и командира авиационного полка в г. Таганроге (Ростовская обл.).
С 1975 г. являлся заместителем начальника по боевой подготовке в Ейском ВВАУЛ им. дважды Героя Советского Союза летчика-космонавта СССР В. М. Комарова.
В 1980 г. занял должность начальника Борисоглебского ВВАУЛ им. В. П. Чкалова (ныне Борисоглебская учебная авиационная база военного учебно-научного центра ВВС "Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина").
В 1985 г. был назначен на должность первого заместителя командующего ВВС Московского военного округа по боевой подготовке.
В 1991 г. возглавил ВВС Северо-Кавказского военного округа. В 1993 г., после того как ВВС округа были преобразованы в 4-ю воздушную армию Военно-воздушных сил и Противовоздушной обороны (ПВО), Владимир Михайлов был назначен ее командующим. В этой должности принимал участие в операции по освобождению заложников, захваченных террористами 23 декабря 1993 г. в Ростове-на-Дону.
Ветеран первой чеченской войны 1994-1996 гг. В ходе военной кампании лично совершил 42 боевых вылета на штурмовике, уничтожив 6 самолетов и 2 вертолета на аэродромах, склад боеприпасов и 8 единиц техники чеченских боевиков.
В апреле 1998 г. был назначен заместителем главнокомандующего ВВС РФ. С января 2002 г. занимал пост главнокомандующего ВВС России. Одновременно с октября 2002 г. являлся председателем Координационного комитета по вопросам ПВО стран СНГ.
В мае 2007 г. был уволен в отставку по достижении предельного возраста нахождения на военной службе.
За время службы Владимир Михайлов освоил около 30 типов самолетов, общий налет составил порядка 7 тыс. часов.
В 2007-2016 гг. работал начальником департамента по исполнению государственного оборонного заказа Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК).
Герой Российской Федерации (1996).
Генерал армии (2004).
Владимир Михайлов награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" III степени с мечами (2007), "За военные заслуги" (1995), "За личное мужество" (1994), "За службу Родине в Вооруженных Силах СССР" III степени (1982), медалями. Лауреат премии им. Маршала Советского Союза Г. К. Жукова (2002, "за выдающийся вклад в развитие и укрепление обороноспособности РФ") и премии правительства РФ (2012, "за значительный вклад в развитие Военно-воздушных сил").
Заслуженный военный летчик СССР.
Почетный гражданин городов Ейск (1998), Борисоглебск (2000) и Богородского городского округа Московской области (2014).
Автор ряда публикаций в журналах "Авиация и космонавтика" и "Советский воин".