Врач (педиатр), учёный, действительный член Академии медицинских наук СССР, профессор Первого московского медицинского института, ученик основоположника русской педиатрии Н.Ф. Филатова. Заслуженный деятель науки РСФСР (1935). В 1894-1950 гг. работал в клинике детских болезней Московского университета (позднее I ММИ им. И.М. Сеченова). В 1923-1950 гг. - директор. С 1950 г. - почётный консультант.
Наиболее крупные работы учёного посвящены роли надпочечников в генезе токсической дифтерии и паралича сердца при ней, состоянию вегетативной нервной системы при скарлатине и других острых детских инфекциях, связи скарлатины и ревматизма, расстройствам роста и развития детей. Известны также его труды по эндокринным заболеваниям у детей. В.И. Молчанов также является одним из авторов и редактором учебника "Пропедевтика детских болезней" (1936).
Cкончался В.И. Молчанов в 1959 году, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (5 уч. 34 ряд), рядом с ним похоронена жена.