Родился 20 апреля 1929 г. в поселке Клавдино Бабаевского района Ленинградской (ныне - Вологодской) области.
В 1954 г. окончил операторский факультет Всесоюзного государственного института кинематографии им. С. А. Герасимова (ныне - Всероссийский государственный институт кинематографии им. С. А. Герасимова, ВГИК).
Всю жизнь проработал на студии "Мосфильм": с 1954 г. - ассистент оператора, с 1957 г. - оператор-постановщик. Участвовал в съемках около 40 кинофильмов. В частности, вместе с Андреем Тарковским работал над картинами "Каток и скрипка", "Иваново детство", "Солярис", "Андрей Рублёв". Сотрудничество Юсова и Тарковского прекратилось в середине 1970-х гг. из-за разногласий вокруг фильма "Зеркало".
Также Вадим Юсов был оператором у Георгия Данелии ("Я шагаю по Москве", "Не горюй!", "Паспорт"), Сергея Бондарчука ("Они сражались за Родину", "Борис Годунов"), Ивана Дыховичного ("Чёрный монах"). Отличался оригинальными способами операторской работы, применял ряд новаторских методов, изобрел ряд приспособлений для съемки (движений камеры).
С 1983 г. - заведующий кафедрой операторского мастерства ВГИК. Член жюри 37-го Каннского и 45-го Берлинского кинофестивалей.
Вадим Юсов скончался 23 августа 2013 г. в Нижегородской области, куда поехал вручать сертификаты выпускникам Летней киноакадемии Никиты Михалкова.
Народный артист РСФСР (1979), лауреат многочисленных премий, в том числе Ленинской (1982) и Государственной (1984) премий СССР, Государственной премии РСФСР имени братьев Васильевых (1977), специального приза президента РФ "За выдающийся вклад в развитие российского кино" (2002). Лауреат Венецианского кинофестиваля (приз "Золотая Озелла", 1988), трехкратный лауреат российской кинопремии "Ника" (1991, 1992, 2004), обладатель почетной премии "Золотой орел" (2013).
Награжден орденами Трудового Красного Знамени (1974), "За заслуги перед Отечеством" IV степени (1996), Почета (2010).
Супруга - звукооператор Инна Зеленцова (умерла в 2000 г.).