Родился 4 марта 1928 г. в Туле. Отец Пётр Ивлиевич - кровельщик, мать Ксения Васильевна - домохозяйка. В 1944 г., в 16 лет остался сиротой.
В 1951 г. окончил оружейно-пулеметный факультет Тульского механического института (ныне - Тульский государственный университет) по специальности "Полигонные установки".
Доктор технических наук (1971).
С 1951 г. работал в Подольском НИИ-61 (Научно-исследовательский институт стрелково-пушечного вооружения авиации, ныне АО "ЦНИИточмаш"), прошел путь от техника до главного конструктора.
В 1966 г. приглашен на работу в тульское ЦКБ-14 (ныне АО "Конструкторское бюро приборостроения", КБП). Начальником и главным конструктором КБ к этому моменту стал его институтский товарищ Аркадий Шипунов, заместителем которого и стал Грязев.
Основной его специализацией стали скорострельные малокалиберные пушки.
Многие образцы вооружений, созданные конструкторами Грязевым и Шипуновым, получили обозначение "ГШ" по первым буквам их фамилий. Среди них – авиационные одноствольные (ГШ-301), двуствольные (ГШ-23, ГШ-30) и шестиствольные (ГШ-6-23, ГШ-6-30) пушки, которыми оснащены практически все боевые самолеты и вертолеты СССР и РФ – от МиГ-21 до Су-57. Авиапушки ГШ отличались высокой надежностью, малым весом, применением оригинальных технических решений (например, использование пороховых газов для вращения блока стволов, что делало шестиствольные пушки энергонезависимыми).
Кроме того, творческий тандем сконструировал получившие широкое распространение корабельные артиллерийские установки АК-306 и АК-630, которые использовались в качестве зенитного оружия "ближнего боя" на многих проектах советских кораблей.
Также Василий Грязев участвовал в разработке 30-мм пушек 2А42 и 2А72 (для сухопутных бронемашин БМП-2, БМП-3, БМД-2, БМД-3, БТР-80, универсального боевого модуля "Бахча"), 2А38 (для зенитных пушечно-ракетных комплексов "Тунгуска" и "Панцирь").
Среди других работ конструктора – пистолеты-пулеметы и малогабаритные автоматы, гранатометы, пистолеты (в том числе ГШ-18), снайперские винтовки, охотничье оружие.
С 2008 г. - главный конструктор КБП по стрелково-пушечному вооружению.
Всего Василий Грязев создал около 40 образцов оружия и боеприпасов.
Долгие годы руководил кафедрой "Расчет и проектирование автоматических машин" машиностроительного факультета Тульского университета.
Герой Социалистического труда (1984). Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" II и III степеней, двумя орденами Ленина (1971, 1984) и орденом Октябрьской Революции, различными медалями.
Профессор, действительный член Российской академии ракетных и артиллерийских наук, Российской инженерной академии.
Почетный гражданин Тульской области, Почетный гражданин города-героя Тулы.
Лауреат Всероссийского конкурса "Инженер года – 2001", лауреат форума "Общественное признание" 2002 г.
Лауреат четырёх Государственных премий СССР (1968, 1976) и России (1998, 1999), премии Правительства РФ (2007), четырёх премий имени С.И. Мосина.
В 2015 г. учреждена общественная награда "Медаль имени выдающегося оружейника В.П. Грязева".
Имя конструктора присвоено Институту высокоточных систем Тульского государственного университета, пограничному сторожевому кораблю Пограничного управления ФСБ России по Калининградской области. В Туле установлен бюст Василия Грязева.
Автор более 240 изобретений и 50 научных публикаций.
Супруга - Лидия Михайловна. Старший сын - Василий, сотрудник КБП. Младший сын – Михаил, ректор Тульского государственного университета.