Театральный художник. Заслуженный деятель искусств РСФСР (1944). Приобрёл известность в театральных кругах после сценического оформления спектакля "Зори" в Театре РСФСР-1, поставленного В.Э. Мейерхольдом и В.М. Бебутовым в 1920 г. Работал в театрах Москвы и Ленинграда. С 1938 г. – ведущий художник МХАТ им. М. Горького; с 1941 и до конца жизни - главный художник театра. Сотрудничал также с другими театрами (МАДТ им. Е.Б. Вахтангова, Большой театр, ЛАТОБ им. С.М. Кирова). В 1946 г. за спектакли "Последняя жертва" и "Орлеанская дева" В.В. Дмитриев был удостоен двух Сталинских премий; другие две Сталинские премии были присуждены художнику посмертно - в 1948 г. за спектакль "Вражья сила" и в 1949 г. за спектакль "Проданная невеста". Жизни и творчеству В.В. Дмитриева посвящена книга Н. Третьякова "В. Дмитриев" (Издательство "Советский художник", 1953).
Скончался В.В. Дмитриев 6 мая 1948 года, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (2 уч. ряд 17а).