Родился 1 сентября 1969 г. в Москве в семье советского дипломата Евгения Островенко (род. 1940), который был сотрудником посольства СССР в Иране (1980-1985), послом СССР в Гане (1989-1991), затем российским послом в Афганистане (1992), Румынии (1992–1997) и Таиланде (2001–2004).
В 1992 г. Владимир Островенко окончил международно-правовой факультет Московского государственного института международных отношений (МГИМО) МИД России.
С августа 1992 г. по февраль 2008 г. – на дипломатической службе. Работал на различных должностях в центральном аппарате МИД России и в посольстве РФ в Федеративной Республике Германия.
В мае 2008 г. перешел на работу в Аппарат правительства РФ на должность директора Департамента протокола (Аппарат правительства РФ до октября 2010 г. возглавлял Сергей Собянин, затем - Вячеслав Володин).
С декабря 2011 г. по май 2012 г. – руководитель службы протокола председателя правительства РФ – заместитель руководителя Аппарата правительства РФ Антона Вайно. Премьер-министром РФ в этот период был Владимир Путин.
С 22 мая 2012 г. перешел на работу в Администрацию президента РФ, занимал должность руководителя Протокола главы государства Владимира Путина.
С 12 августа 2016 г. Владимир Островенко занимает должность заместителя руководителя Администрации президента РФ (глава администрации - Антон Вайно). Повторно назначен на этот пост 13 июня 2018 г.
Член наблюдательного совета госкорпорации "Ростех" (с 2016 г.).
С 2012 г. входил в состав Организационного комитета по подготовке и обеспечению председательства РФ в Шанхайской организации сотрудничества в 2014-2015 гг. и в объединении БРИКС в 2015 гг.
Действительный государственный советник РФ I класса (2009).
Награжден Почетной грамотой правительства РФ (2009).
Владеет английским и немецким языками.