Он родился 5 июля 1903 года в Москве и рос в интеллигентной семье. Родители, Григорий Осипович и Зинаида Васильевна, уделяли эстетическому воспитанию детей особое внимание: отец, врач и доктор медицинских наук, серьезно увлекался живописью и пением, а детские рисунки оценивал по пятибалльной системе. Сильное впечатление на будущего художника произвело знакомство с искусством скульптора Степана Эрьзи, который бывал в доме Григория Осиповича.
Материальные трудности после войны и революции рано заставили подростка работать: с 14 лет он помогал семье, был санитаром в госпитале и физруком в школе. Художественный талант тоже быстро стал делом: он оформлял агитационные плакаты, грамоты для спортивных состязаний, визуальные материалы для выставок, а первую известность получил благодаря карикатурам. Попытка освоить техническую профессию сменилась учебой в кинематографическом техникуме.
В середине 1920-х годов автор поступил в Государственный техникум кинематографии и начал работать в мультипликации. В 1936 году он пришел на «Союзмультфильм»: сначала художником, затем режиссером. В источниках его называют одним из тех, кто во многом определил лицо советской мультипликации и книжной иллюстрации середины ХХ века; мультфильмы по его сценариям получали международные награды.
После Великой Отечественной войны он вернулся к работе и преподавал на курсах для художников-мультипликаторов на базе «Союзмультфильма». В 1947 году, уйдя со студии, перешел в Детгиз. Там особенно известными стали его иллюстрации к произведениям Корнея Чуковского и Самуила Маршака; он также иллюстрировал книги зарубежных авторов, среди них «Приключения Чиполлино» в первом русском издании и «Крошка Енот и тот, кто сидит в пруду».
В 1952 году он написал свою первую книжку-картинку - «Две сказки про карандаш и краски». В них часто действуют зверята, важны дружба, находчивость, праздники, Новый год и зимние истории; книги рассчитаны на чтение по картинкам, по слогам, с крупным текстом, ударениями и авторскими рисунками.
Владимир Сутеев умер 8 марта 1993 года в Москве.