Родился 14 февраля 1935 г. в Хабаровске (Дальневосточный край, ныне - Хабаровский край) в семье военного. В трехлетнем возрасте вместе с родителями переехал в Москву. В десять лет начал заниматься плаванием, затем - водным поло.
В 1958 г. Виталий Смирнов окончил Государственный центральный институт физической культуры (ныне - Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма). После этого поступил на работу в оборонно-спортивный отдел Московского областного комитета Всесоюзного ленинского коммунистического союза молодежи (ВЛКСМ).
В 1960-1962 гг. - председатель Московского областного совета Союза спортивных обществ и организаций.
В 1962 г. Виталий Смирнов вернулся в ВЛКСМ, где работал до 1968 г. Занимал должности заведующего отделом физической культуры и спорта, второго и первого секретаря Московского областного комитета.
С 1968 по 1970 г. - первый секретарь городского комитета КПСС в г. Пушкино (Московская область).
В 1962 г. в возрасте 27 лет возглавил Федерацию водного поло СССР, работал на должности председателя до 1972 г.
В 1970-1975 гг. - заместитель, первый заместитель председателя Комитета по физической культуре и спорту при Совете министров СССР. В 1975 г. окончил заочную Высшую партийную школу при ЦК КПСС.
С 1975 по 1981 г. - первый заместитель председателя оргкомитета летних Олимпийских игр 1980 г. в Москве.
В 1981-1990 гг. Виталий Смирнов являлся председателем Комитета по физической культуре и спорту при Совете министров РСФСР.
В 1990-1992 гг. - председатель Олимпийского комитета СССР.
В 1992-2001 гг. - президент Олимпийского комитета России (ОКР). С 2001 г. - почетный президент ОКР. Входит в состав исполнительного комитета этой организации.
В 2016-2018 гг. Виталий Смирнов возглавлял Независимую общественную антидопинговую комиссию.
Член Союза журналистов России.
Входит в состав Совета при президенте РФ по развитию физической культуры и спорта.
В 1971-2015 гг. Виталий Смирнов был членом Международного олимпийского комитета (МОК). Был членом исполкома организации (1974-1978, 1986-1990), являлся ее вице-президентом (1978-1982, 1990-1994, 2001-2005), председателем комиссий по олимпийской программе (1983-1991) и допуску (1992-1998), членом комиссий МОК по олимпийской программе, олимпийской солидарности, олимпийскому движению и др. С 2016 г. - почетный член МОК.
Полный кавалер ордена "За заслуги перед Отечеством" (2020 - I степень, 2001 - II степень, 1996 - III степень, 2010 - IV степень). Награжден орденами "Знак Почета" (1966, 1970, 1976), Дружбы народов (1980), Трудового Красного Знамени (1985), Почета (1994), Александра Невского (2015), Дружбы (Азербайджан, 2015). Отмечен благодарностями (1995, 2007) и Почетной грамотой (2018) президента РФ.
Награжден золотым Олимпийским орденом МОК (2015).