Родился 12 ноября 1932 г. в Самаре.
В 1950 г. окончил Ленинградское хореографическое училище (ныне Академия русского балета им. А. Я. Вагановой, Санкт-Петербург) по балетному классу заслуженного артиста РСФСР Владимира Пономарева.
В 1950-1972 гг. Владилен Семенов был солистом балетной труппы Ленинградского академического театра оперы и балета им. С. М. Кирова (ныне Государственный академический Мариинский театр). Среди исполненных им партий: Принц в "Щелкунчике" и Зигфрид в "Лебедином озере" Петра Чайковского, Жан де Бриен в "Раймонде" Александра Глазунова, Евгений в "Медном всаднике" Рейнгольда Глиэра, Альберт в "Жизели" Адольфа Адана, Вацлав в "Бахчисарайском фонтане" Бориса Асафьева, Ромео в "Ромео и Джульетте" Сергея Прокофьева.
С 1962 г. Владилен Семенов около 30 лет преподавал классический танец в Ленинградском хореографическом училище.
В 1970-1990-х гг. работал балетмейстером и педагогом в Мариинском театре. Среди его учеников - заслуженные артисты России Андриан Фадеев и Илья Кузнецов, главный балетмейстер Музыкального театра Республики Карелия (Петрозаводск) Кирилл Симонов.
С середины 1990-х гг. Владилен Семенов преподает в труппе "Американский театр балета" (Нью-Йорк, США).
Народный артист СССР (1983).
Награжден орденом "Знак Почета" (1988).
Женат. Супруга - народная артистка СССР Ирина Колпакова (род. 1933). Дочь - Татьяна Семенова, дизайнер одежды.