Родился 26 сентября 1932 г. в Сталинабаде (Таджикская ССР; ныне Душанбе, Таджикистан) в семье Николая Павловича Войновича (1905-1987) и Розалии Климентьевны (Ревекки Колмановны) Гойхман (1908-1978). Отец и мать были журналистами, работали в редакциях местных газет.
В 1936 г. отец был арестован по обвинению в антисоветской агитации, в 1938 г. - приговорен к пятилетнему лишению свободы. После ареста супруга Розалия Климентьевна вместе с сыном проживала в Ленинабаде (Таджикская ССР, ныне Худжанд, Согдийская область Таджикистана).
Весной 1941 г. отец был освобожден, воссоединившаяся семья переехала в Запорожье (Украинская ССР). После начала Великой Отечественной войны Николай Павлович ушел на фронт, в декабре 1941 г. был тяжело ранен и впоследствии освобожден от дальнейшей службы.
Некоторое время семья проживала в Куйбышевской (ныне Самарская) и Вологодской областях, после чего осенью 1945 г. вернулась в Запорожье. Там в 1948 г. Владимир Войнович окончил ремесленное училище. После этого работал на Запорожском алюминиевом заводе.
В 1951-1955 гг. проходил службу в Военно-воздушных силах Советской армии - сначала на территории Крымского полуострова, затем на территории Польской Народной Республики. В 1952-1953 гг. обучался в школе авиамехаников в Шпротаве (ныне на территории Жаганьского повята Любушского воеводства Польши). После ее окончания был распределен в 159-й гвардейский истребительный авиационный полк (входил в состав 239-й истребительной авиационной дивизии 37-й воздушной армии Северной группы войск), где занял должность планшетиста (помощник руководителя полетов). В конце 1953 г. был переведен в Ворошиловградское военное авиационное училище летчиков (Луганская обл. УССР). Был определен механиком в полевую авиаремонтную мастерскую. Весной 1954 г. был переведен в Чугуевское военное авиационное училище летчиков-истребителей (Харьковская обл. УССР), где служил авиамехаником. Во время службы в армии начал писать стихи. В 1954 г. стихотворения Войновича разместила армейская газета Киевского военного округа "Знамя Победы".
После демобилизации проживал в Керчи, там же закончил десятый класс вечерней школы. В конце 1955 г. несколько стихотворений Войновича, подписанных псевдонимом Граков, были опубликованы в газете "Керченский рабочий".
В 1956 г. переехал в Москву, дважды неудачно пытался поступить в Литературный институт им. А. М. Горького. Был железнодорожным рабочим, плотником на стройке.
В 1957-1959 гг. учился на историческом факультете Московского областного педагогического института им. Н. К. Крупской (ныне - Московский государственный областной университет), однако не окончил его. Будучи студентом второго курса, по комсомольской путевке отправился в Казахскую ССР (ныне Казахстан) на освоение целинных земель. Находясь на целине, начал писать прозу.
В 1960-1961 гг. работал в Москве младшим редактором в редакции сатиры и юмора Всесоюзного радио. На протяжении этого времени также занимался написанием песен. Наибольшую известность приобрела "Четырнадцать минут до старта" ("Заправлены в планшеты космические карты…"), посвященная космической тематике. Музыку к ней написал композитор Оскар Фельцман, первым исполнителем был Владимир Трошин. В общей сложности в начале 1960-х гг. Владимир Войнович написал около сорока песен.
В первом номере журнала "Новый мир" за 1961 г. была опубликована повесть Владимира Войновича "Мы здесь живем", ставшая его литературным дебютом в жанре малой прозы. За ней последовали повести "Хочу быть честным" (1963) и "Два товарища" (1967), также вышедшие в "Новом мире".
В 1962 г. Владимир Войнович был принят в Союз писателей СССР.
В 1966 г. состоялась первая инсценировка произведения Владимира Войновича. Режиссер Марк Захаров поставил в Студенческом театре Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова спектакль по повести "Хочу быть честным".
С середины 1960-х гг. Владимир Войнович принимал участие в советском движении за права человека. В 1966 г. выступил в поддержку литераторов Андрея Синявского и Юрия Даниэля, обвинявшихся в написании и передаче для печати за границей произведений, "порочащих советский государственный и общественный строй". В 1968 г. подписал письмо в защиту активистов самиздата Александра Гинзбурга и Юрия Галанскова, осужденных по обвинению в антисоветской агитации и пропаганде.
В конце 1960-х гг. распространение в самиздате получила первая часть сатирического романа Войновича "Жизнь и необычайные приключения солдата Ивана Чонкина", действие которого разворачивалось во время Великой Отечественной войны. В 1969 г. ее текст был опубликован в русскоязычном эмигрантском журнале "Грани", издававшемся во Франкфурте-на-Майне (ФРГ).
Диссидентская деятельность Войновича и зарубежная публикация произведения повлекли за собой давление на него со стороны Союза писателей СССР и органов государственной безопасности. Чтобы ослабить идеологический нажим, а также поправить финансовое положение, писатель согласился стать автором книги из серии "Пламенные революционеры", выпускавшейся Издательством политической литературы ЦК КПСС. В 1972 г. его произведение под названием "Степень доверия. Повесть о Вере Фигнер" вышло в свет. Впоследствии литератор отмечал, что серия "Пламенные революционеры" была задумана "для отвлечения некоторых свободомыслящих писателей от злободневных тем".
В 1973 г. Владимир Войнович отказался подписать официальное письмо советских писателей с критикой Александра Солженицына и Андрея Сахарова. В 1974 г. был исключен из Союза писателей СССР.
В 1975 г. первая и вторая части "Жизни и необычайных приключений солдата Ивана Чонкина" были выпущены отдельным изданием в Париже (Франция). Вскоре в Москве состоялась встреча Войновича с сотрудниками Комитета государственной безопасности, в ходе которой, по словам писателя, его пытались отравить. Данные события и их "авторское расследование" легли в основу документальной повести "Дело №34840" (1994).
В 1976 г. в США была издана сатирическая повесть "Иванькиада, или Рассказ о вселении писателя Войновича в новую квартиру". Основой ее сюжета послужила история о том, как писатель получал квартиру в кооперативном доме.
В 1979 г. во Франции вышла вторая книга про Ивана Чонкина - "Претендент на престол".
В январе 1980 г. Владимир Войнович направил в редакцию газеты "Известия" письмо, в котором выразил негативное отношение к коллективам и отдельным людям, "которые уже приняли или еще примут участие в травле лучшего человека нашей страны - Андрея Дмитриевича Сахарова". В декабре того же года писатель вместе с супругой и дочерью по приглашению Баварской академии изящных искусств выехал в ФРГ сроком на один год. В июне 1981 г. указом Президиума Верховного Совета СССР он был лишен советского гражданства. В 1981-1990 гг. проживал в ФРГ (получил германское гражданство) и США, сотрудничал с радиостанцией "Свобода".
В 1985 г. Войнович выпустил в США книгу очерков "Антисоветский Советский Союз", в 1986 г. - роман-антиутопию "Москва 2042".
Во время перестройки, к концу 1980-х гг., отношение власти к Войновичу смягчилось, его произведения вновь стали появляться на страницах советских изданий. Так, в 1988-1989 гг. в журнале "Юность" был опубликован роман "Жизнь и необычайные приключения солдата Ивана Чонкина", в 1988 г. в журнале "Дружба народов" напечатали "Иванькиаду…". В 1989 г. издательство "Московский рабочий" выпустило сборник повестей Войновича. В августе 1990 г. писателю было возвращено советское гражданство, после чего он вернулся на родину.
В 2000 г. Владимир Войнович выпустил роман "Монументальная пропаганда", содержащий сатирическое осмысление историко-социальных процессов, происходивших в СССР и России во второй половине XX века.
В 2002 г. издал книгу "Портрет на фоне мифа", в которой изложил собственный взгляд на творчество и убеждения Александра Солженицына.
В 2007 г. выпустил последнюю часть трилогии про Ивана Чонкина - "Перемещенное лицо".
В 2010 г. вышла книга Владимира Войновича "Автопортрет. Роман моей жизни", в которой писатель представил свой жизненный и творческий путь.
В 2016 г. выпустил свое последнее произведение - роман-памфлет "Малиновый пеликан".
Повести и романы писателя переведены на более чем тридцать иностранных языков.
По произведениям Владимира Войновича сняты фильмы: "Не пройдёт и года…" (1973, режиссер Леопольд Бескодарный), "Шапка" (1990, Константин Воинов), "Жизнь и необычайные приключения солдата Ивана Чонкина" (1994, Иржи Менцель), "Два товарища" (2000, Валерий Пендраковский), "Приключения солдата Ивана Чонкина" (2007, Алексей Кирющенко) и "Только не сейчас" (2009, Валерий Пендраковский).
Спектакли, поставленные по произведениям Владимира Войновича, входят в репертуар Московского государственного театра "У Никитских ворот" под руководством Марка Розовского ("Би-Эм-Дабл-Ю"), Московского театра музыки и драмы под руководством Стаса Намина ("Солдат Иван Чонкин") и др.
Писатель исполнил эпизодическую роль в фильме Отара Иоселиани "Сады осенью" (2006, Франция - Италия - Россия).
Владимир Войнович скончался 27 июля 2018 г. в Москве на 86-м году жизни. Похоронен 30 июля 2018 г. на Троекуровском кладбище.
Был членом Союза писателей Москвы (1992), Баварской академии изящных искусств (1976) и Сербской академии наук и искусств (1991), а также почетным членом Российской академии художеств, почетным доктором Ноттингемского университета (Великобритания) и Миддлбери-колледжа (Миддлбери, штат Вермонт, США).
В 1995 г. возглавлял жюри основного конкурса кинофестиваля "Кинотавр" (Сочи, Краснодарский край), в 2004 г. - жюри литературной премии "Букер - Открытая Россия" (ныне - "Русский Букер"), в 2012 г. - жюри конкурса полнометражных фильмов кинофестиваля "Киношок" (Анапа, Краснодарский край).
Входил в попечительский совет фонда помощи хосписам "Вера".
Лауреат Государственной премии РФ (2001, за роман "Монументальная пропаганда").
Был удостоен премии Баварской академии изящных искусств (1993), премии "Триумф" (1996), премии им. А. Д. Сахарова "За гражданское мужество писателя" (2002), премии им. Льва Копелева (2016) и др.
Жизни и творчеству писателя посвящены документальные фильмы "Невероятные приключения В. Войновича, рассказанные им самим после возвращения на родину" (2003, режиссер Александр Плахов), "Владимир Войнович. Остаться собой" (2012, Валерий Балаян) и "Владимир Войнович. Хочу быть честным" (2012, Сергей Краус).
Владимир Войнович увлекался живописью, создавал картины в жанре наивного искусства. Его персональные выставки проходили в Москве, Санкт-Петербурге, Вене (Австрия), Берлине и Кельне (Германия).
В 2011 г. в Центральной районной библиотеке Хворостянского района Самарской области был организован литературный музей Ивана Чонкина - героя произведений Владимира Войновича.