Всеволод Ларионов родился 11 сентября 1928 года в Москве, в семье Дмитрия Васильевича Ларионова и актрисы Татьяны Алексеевны Фохт — внучатой племянницы А. Б. Фохта и М. С. Сухотина[2]. Окончил Театральное училище при Театре им. Ленинского комсомола в 1950 году, после чего был принят в его труппу. Его мать приходилась (по линии Венкстернов) двоюродной племянницей Софье Гиацинтовой, возглавлявшей этот театр.
Сниматься в кино Всеволод Ларионов начал ещё будучи подростком — дебютировал в заглавной роли Дика Сэнда в приключенческом фильме «Пятнадцатилетний капитан». Помимо игры в театре и кино, Ларионов озвучивал многочисленные мультфильмы («38 попугаев» и др.) и фильмы (его голосом говорили Пьер Ришар в фильмах «Игрушка», «Высокий блондин в чёрном ботинке», «Возвращение высокого блондина», Ален Делон в фильме «Зорро», Даниэль Ольбрыхский в фильме Ежи Хофмана «Потоп» и др.).
Солидную часть своей жизни Всеволод Дмитриевич прожил на «Динамо» в доме 25а по Петровско-Разумовскому проезду. Он никогда не чурался соседей и близких ему людей. Был скромен и сентиментален в отношении людей, которые не были ему родными, но знали его как «дядю Севу». Член КПСС с 1966 года.
Будучи народным артистом, Всеволод Дмитриевич всегда добирался на Гостелерадио (где участвовал в программе «С добрым утром!») общественным транспортом, и многие пассажиры автобуса, следующего по маршруту до метро «Динамо», улыбаясь, просили его передать за проезд 5 копеек.
Ушёл из жизни после тяжёлой болезни (ему был поставлен диагноз «рассеянный склероз») 8 октября 2000 года в Москве на 73-м году жизни. Похоронен на Ваганьковском кладбище (21 уч.), недалеко от Суриковской аллеи.