Родился в землях Войска Донского в дворянской казачьей семье.
В 1789 г. поступил на военную службу.
Участвовал в войнах с Францией 1806-1807 гг. и Швецией 1808-1809 гг.
За доблесть произведён в генерал-майоры с назначением командиром лейб-гвардии Казачьего полка.
В Отечественной войне 1812 г. командовал кавалерийскими соединениями. Его конные разъезды первыми вступили в бой с армией Наполеона.
Сражался в битвах при Лубино, Бородино, Тарутино, Малоярославце, Гжатске, Ляхове, Красном и Вязьме.
В битве у с. Ляхово Ельнинского уезда Смоленской губернии, казаки и драгунский полк В. Орлова-Денисова, соединясь с партизанскими отрядами Д. Давыдова, А. Сеславина, А. Фигнера, разгромили и принудили к капитуляции крупный отряд (бригаду) французов, не потеряв при этом ни одного человека и ни одной лошади. В плен попали генерал Жан-Пьер Ожеро, 60 офицеров и около двух тысяч рядовых.
В заграничном походе 1813-1814 гг. командовал личным конвоем императора Александра I и находился при нём в сражениях под Люценом, Бауценом, Дрезденом и Кульмом.
Отличился в "Битве народов" под Лейпцигом (16-19 октября 1813), за что произведён в генерал-лейтенанты.
Граф В.В. Орлов-Денисов владел поместьями в Корочанском и Новооскольском уездах Курской губернии.
Скончался в своём имении.
В 1911 г. перезахоронен в усыпальнице Вознесенского войскового собора – главного храма Донского казачества.
Награды: орден Св. Александра Невского, орден Св. Владимира II ст., орден Св. Анны I ст., орден Св. Георгия III ст., орден Св. Георгия IV ст., золотое оружие «За храбрость» с алмазами.
Портрет генерала В. В. Орлова-Денисова и поныне хранится в Военной галерее героев Отечественной войны 1812 г. Зимнего дворца г. Санкт-Петербург.