Родился 1 января 1947 года в городе Сретенск Читинской области в семье служащего. Русский. В 1965 году окончил 11 классов средней школы № 2 города Борзна Черниговской области Украины.
В Советской Армии с июня 1966 года — курсант Черниговского высшего военного авиационного училища лётчиков. С 20 июня 1970 года, после окончания училища служил лётчиком-инструктором. С мая 1971 года — член КПСС. С 30 ноября 1973 года — старший лётчик-инструктор 701-го учебного авиационного полка (УАП) Черниговского ВВАУЛ. С 10 апреля 1974 года служил командиром звена 2-й истребительной авиационной эскадрильи 70-го отдельного истребительного тренировочного авиационного полка особого назначения им. В. С. Серёгина 1 НИИ ЦПК. Летал на различных модификациях самолёта МиГ-21.
В отряде космонавтов с августа 1976 года. Прошёл полный курс общекосмической подготовки и подготовки к полётам на КК типа «Союз», «Союз Т» и на орбитальных станциях типа «Салют» и «Мир».
20—22 апреля 1983 года подполковник В. Г. Титов в качестве командира КК «Союз Т-8» совместно с бортинженером Г. М. Стрекаловым и космонавтом-исследователем А. А. Серебровым осуществил свой первый полёт в космос. Программа полёта предусматривала стыковку КК «Союз Т-8» с орбитальным космическим комплексом «Салют-7» — «Космос-1443» и выполнение на борту пилотируемого комплекса ряда научно-технических и медико-биологических исследований и экспериментов. Но вследствие появления отклонений от предусмотренных режимов сближения Центр управления полётом принял решение стыковку КК «Союз Т-8» с орбитальным космическим комплексом отменить.
26 сентября 1983 года В. Г. Титов и Г. М. Стрекалов готовились к полёту на КК «Союз Т-10-1». Но за несколько секунд до старта из-за пожара ракеты-носителя сработала система аварийного спасения. Спускаемый аппарат с космонавтами благополучно приземлился недалеко от стартового стола…
Второй космический полёт лётчик-космонавт СССР, полковник В. Г. Титов совершил с 21 декабря 1987 года по 21 декабря 1988 года, продолжительностью 365 суток 22 часа 38 минут 57 секунд. В качестве командира КК «Союз ТМ-4» он стартовал совместно с космонавтом-испытателем М. Х. Манаровым и космонавтом-исследователем А. С. Левченко, а затем после стыковки с орбитальным научно-исследовательским комплексом «Мир» возглавил 3-ю основную экспедицию. За время пребывания на орбите была выполнена большая программа научных экспериментов и наблюдений, осуществлён приём экспедиций посещения, прибывших на КК «Союз ТМ-5» и «Союз ТМ-6». 26 февраля, 30 июня и 20 октября 1988 года В. Г. Титов выполнил три выхода в открытый космос. По окончании экспедиции КК «Союз ТМ-6» один из членов его экипажа, врач-исследователь В. В. Поляков, остался на станции с В. Г. Титовым и М. Х. Манаровым.
В 1987 году В. Г. Титов окончил Военно-воздушную академию имени Ю. А. Гагарина.
В ноябре 1988 года экипаж 3-й основной экспедиции принял советско-французской экипаж, прибывший на КК «Союз ТМ-7» в составе командира А. А. Волкова, бортинженера С. К. Крикалёва и космонавта-исследователя гражданина Французской Республики Жана-Лу Кретьена. После трёх недель совместной работы советские космонавты В. Г. Титов и М. Х. Манаров, установив рекорд более чем годового пребывания на околоземной орбите, вместе с французским космонавтом Жаном-Лу Кретьеном возвратились на Землю на КК «Союз ТМ-6».
За успешное осуществление длительного космического полёта на орбитальном научно-исследовательском комплексе «Мир» и проявленные при этом мужество и героизм Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 декабря 1988 года лётчику-космонавту СССР полковнику Владимиру Георгиевичу Титову присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 11590).
Осенью 1992 года В. Г. Титов начал подготовку к полёту на американском космическом «челноке» Space Shuttle по программе «STS-60» в Космическом центре NASA имени Л. Джонсона в городе Хьюстоне, штат Техас (США).
Третий космический полёт В. Г. Титов совершил с 3 по 11 февраля 1995 года в качестве специалиста полёта шаттла «Дискавери STS-63». Программа полёта включала сближение с орбитальным комплексом «Мир» на расстояние до 10 метров.
С 29 сентября по 6 октября 1997 года полковник В. Г. Титов совершил четвёртый полёт в космос в качестве специалиста полёта шаттла «Атлантис STS-86». В ходе полёта осуществлена стыковка с орбитальным комплексом «Мир», а 1 октября 1997 года В. Г. Титов выполнил выход в космос с борта шаттла.
С 20 августа 1998 года полковник В. Г. Титов — в запасе. После увольнения из армии и отряда космонавтов работал начальником управления пилотируемых программ в ГКНПЦ имени Хруничева. В июне 1999 года назначен директором подразделения компании «Boeing Space & Communications» по России и странам СНГ. Живёт в городе-герое Москве.