Родился 11 февраля 1953 г. в селе Становом Липецкой области.
В 1975 г. окончил Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (ныне Российский университет транспорта, МИИТ), в 1979 г. - Высшую краснознаменную школу Комитета государственной безопасности (КГБ) СССР (ныне Академия ФСБ РФ).
Кандидат юридических наук. В 1999 г. в Нижегородском юридическом институте Министерства внутренних дел РФ защитил диссертацию на тему "Национальная безопасность современной России".
С августа 1975 г. по июль 1977 г. работал инженером-конструктором Павловского машиностроительного завода "Восход" (г. Павлово Горьковской обл., ныне Нижегородская обл.).
С 1977 г. служил в Комитете государственной безопасности СССР. С 1979 г. - сотрудник управления КГБ СССР по Горьковской области.
В июле 1992 г. возглавил управление Министерства безопасности РФ по Нижегородской области. С 1994 г. - начальник управления Федеральной службы контрразведки РФ, с 1995 г. - управления Федеральной службы безопасности РФ (УФСБ) по Нижегородской области. Одновременно с 2001 по 2006 г. был председателем совета начальников органов ФСБ России в Приволжском федеральном округе.
В 2006-2008 гг. – заместитель директора ФСБ России Николая Патрушева – руководитель аппарата Национального антитеррористического комитета.
С 30 мая 2008 г. по 11 марта 2013 г. – первый заместитель секретаря Совета безопасности РФ Николая Патрушева.
С 11 марта 2013 г. по 28 июля 2016 г. – полномочный представитель президента РФ в Северо-Западном федеральном округе. Сменил на этом посту Николая Винниченко.
С 25 марта 2013 г. по 17 марта 2023 г. - член Совета безопасности РФ.
С 28 июля 2016 г. по 10 февраля 2023 г. - руководитель Федеральной таможенной службы РФ (ранее ведомство возглавлял Андрей Бельянинов). Владимир Булавин был освобожден от должности в связи с достижением предельного возраста 70 лет.
С 2023 г. - член Совета Федерациик (сенатор) от Ивановской области. 19 сентября 2023 г. губернатор региона Станислав Воскресенский наделил Владимира Булавинова полномочиями сенатора - представителя от исполнительного органа государственной власти Ивановской области. На посту сенатора от администрации области Владимир Булавинов сменил Валерия Васильева, который стал представителем законодательного органа государственной власти региона. С 25 сентября по 11 октября 2023 г. - первый заместитель председателя комитета по обороне и безопасности. С 11 октября 2023 г. - председатель комитета Совета Федерации по обороне и безопасности (сменил во главе комитета Виктора Бондарева).
Генерал-полковник (2007).
Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" II, III и IV степеней, Александра Невского, "За военные заслуги", Почета (2023). Отмечен Почетной грамотой правительства РФ (2022).
Заслуженный сотрудник органов безопасности РФ.