Родился 27 августа 1930 г. в Москве.
Начал увлекаться театром в школьном возрасте. Первые роли сыграл в студии "Родник" московского Дома пионеров, где познакомился с Роланом Быковым, который впоследствии стал известным актером.
Во время Великой Отечественной войны одновременно с учебой в школе работал на оборонном заводе.
В 1952 г. Владимир Андреев окончил Государственный институт театрального искусства им. А. В. Луначарского (ныне Российский институт театрального искусства - ГИТИС). Выпускник курса педагогов Андрея Лобанова и Андрея Гончарова.
После этого был принят в актерскую труппу Московского драматического театра им. М. Н. Ермоловой. Дебютировал на его сцене в 1952 г., сыграв Тятина в спектакле "Достигаев и другие" по пьесе Максима Горького. Среди других ролей - Алешка ("В добрый час" по произведению Виктора Розова), Володя ("Вечно живые" по пьесе Виктора Розова), Алексей ("С новым счастьем" по произведению Михаила Светлова).
С 1970 по 1985 г. Владимир Андреев был главным режиссером Театра им. М. Н. Ермоловой. В числе его постановок: "Завтра в семь" по роману Константина Симонова "Живые и мертвые", "Старший сын" и "Прошлым летом в Чулимске" по произведениям Александра Вампилова, "Крейцерова соната" по повести Льва Толстого, "Батальоны просят огня" по произведению Юрия Бондарева.
В 1985 г. Владимир Андреев был назначен главным режиссером Государственного академического Малого театра. Там до 1988 г. он поставил спектакли "Берег", "Выбор", "Игра" (все - по романам Юрия Бондарева), "Гости" по пьесе Леонида Зорина и др.
В 1990 г. Владимир Андреев по собственному желанию вернулся в Театр им. М. Н. Ермоловой, где до 2012 г. был главным режиссером и художественным руководителем, а также продолжал играть в спектаклях. В апреле 2012 г. передал свои полномочия актеру и режиссеру Олегу Меньшикову, стал президентом театра.
В разное время Владимир Андреев работал за рубежом, ставил спектакли в Болгарии, Германии, Финляндии.
В кино дебютировал в 1954 г. в фильме "Аттестат зрелости" режиссера Татьяны Лукашевич. Впоследствии снялся в более чем 35 картинах. Среди наиболее известных ролей - Володя Бугров в "Битве в пути" (1961, режиссер Владимир Басов), царь в "Сказке о царе Салтане" (1966, Александр Птушко), калиф в "Калифе-аисте" (1968, Владимир Храмов).
С 1978 г. Владимир Андреев являлся профессором ГИТИСа. Заведовал в вузе кафедрой мастерства актера.
29 августа 2020 г. Владимир Андреев скончался на 91-м году жизни.
Народный артист СССР (1985).
Полный кавалер ордена "За заслуги перед Отечеством" (I степень - 2020, II степень - 2010, III степень - 2005, IV степень - 1995). Также был награжден орденами Трудового Красного Знамени (1979), Дружбы народов (1991), Почета (2000).
Лауреат государственной премии РСФСР им. К. С. Станиславского 1980 г., премии Москвы в области литературы и искусства 2019 г.
Обладатель международной премии им. К. С. Станиславского (1993), театральной премии "Золотая маска" (2018).
Автор книг "Я вспоминаю, сердцем посветлев..." (2005) и "Один бесконечный сюжет" (2012).
Был женат на народной артистке РФ Наталье Селезневой (род. 1945). Сын - Егор (род. 1969, дипломат). Первой супругой Владимира Андреева была народная артистка РФ Наталья Архангельская (род. 1937).