Родился 28 сентября 1962 г. в Москве. Отец – Илья Владимирович Толстой (1930-1997), правнук русского писателя Льва Толстого, вырос в эмиграции в Югославии, в 1945 г. семья возвратилась в СССР. В Советском Союзе Илья Толстой получил филологическое образование, с 1985 г. возглавлял кафедру стилистики русского языка факультета журналистики Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова.
Владимир Толстой в 1984 г. окончил международное отделение факультета журналистики МГУ им. М. В. Ломоносова.
С 1980 по 1992 г. работал корреспондентом, затем редактором отдела в журнале "Студенческий меридиан".
В 1993-1994 гг. – ведущий эксперт отдела музеев Министерства культуры РФ.
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 2004 г. Владимир Толстой - председатель жюри литературной премии "Ясная Поляна".
С 1999 г. - член президиума, в 2009-2016 гг. – президент российского национального комитета Международного совета музеев (ИКОМ России). В настоящее время входит в президиум организации.
В 2010–2012 гг. - член Общественной (ОП) палаты РФ (с 2004 г. возглавлял Общественную палату Тульской области). Входил в комиссию ОП 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. по 21 мая 2024 г. – советник президента РФ Владимира Путина по вопросам культуры и искусства.
Одновременно с 9 июня 2014 г. по 30 мая 2024 г. – председатель Совета при президенте РФ по русскому языку.
С 9 июля 2024 г. - генеральный директор Государственного музея Л. Н. Толстого.
Возглавляет попечительский совет Музея истории Дальнего Востока имени В. К. Арсеньева (Владивосток, с апреля 2023 г.), президент Международной ассоциации преподавателей русского языка и литературы, Российского общества преподавателей русского языка и литературы. Председатель президиума творческого совета Ассоциации союзов писателей и издателей России.
Член Союза журналистов России с 1991 г., с 1988 г. был членом Союза журналистов СССР.
Был секретарем Совета при президенте РФ по культуре и искусству (2012-2024), председателем наблюдательного совета фонда "Русский мир" (2021-2024). До июня 2024 г. возглавлял совет Федерального фонда социальной и экономической поддержки отечественной кинематографии (Фонда кино).
Входил в президиум Союза музеев России (в 2002-2012 гг.).
Совместно с другими членами семьи Толстых является учредителем фонда "Наследие Л. Н. Толстого".
Действительный государственный советник РФ II класса (2013).
Награжден орденом Дружбы (2012). Имеет орден Сербского знамени I степени (Сербия, 2024).
Заслуженный работник культуры РФ (2003).