Владимир Железников родился в г. Витебск Белорусской Советской Социалистической Республики. Отец служил в пограничных войсках, и семье приходилось часто переезжать. Будущему писателю это давало возможность постоянно общаться с новыми людьми.

Мальчик с детства хотел стать военным, поэтому во время Великой Отечественной войны решил последовать примеру отца и поступил в артиллерийское училище, которое окончил с отличием. Примерно к этому времени относятся и первые творческие опыты Владимира Железникова: во время войны он вёл дневниковые записи, писал очерки военных будней.

В 1945 г., сразу после войны, Владимир Железников принимает решение переехать в Москву и поступить в Московский юридический институт.

При этом Владимир Железников продолжал заниматься литературой. Через некоторое время он решил получить соответствующее образование и поступил в Литературный институт им. М. Горького, который успешно окончил в 1957 г.

С начала 1950-х гг. Владимир Железников совмещал учёбу в институте с работой в редакции журнала «Мурзилка». Именно здесь началась его писательская карьера. Сотрудничество с журналом длилось 8 лет. В «Мурзилке» Владимир Железников опубликовал множество статей, переводов и собственных коротких рассказов. Одна из самых первых его публикаций — перевод с украинского рассказа Ю. О. Збанацкого «На всю жизнь» (1950 г.).

Окончание института совпало с выходом в издательстве «Детгиз» первой книги писателя — сборника рассказов для детей «Разноцветная история» (1957 г.). В него были включены девять рассказов, повествующих о доброте, взаимовыручке, внимательности и чуткости к другим людям.

В 1961 г. вышла вторая книга — «Хорошим людям — доброе утро», которая описывает жизнь главного героя Толи Нащокова и его мамы после войны. Это история взросления мальчика, отстаивающего честь и доброе имя отца-героя. Большим успехом в среде подростков пользовались повести «Чудак из шестого “Б”» (1962 г.), «Каждый мечтает о собаке» (1966 г.), «Чучело» (1975 г.) и др

Повесть «Чучело» — это наиболее известное произведение Владимира Железникова, сделавшее его классиком детской литературы. Проблема детской жестокости, ситуация травли (буллинга) была рассмотрена в повести всесторонне, бесчеловечное поведение одноклассников противопоставлено чистоте и храбрости главной героини. Успех повести закрепила экранизация Ролана Быкова (1983 г.), которая стала одним из наиболее значимых событий в позднем советском кинематографе. Экранизирована была и повесть «Чудак из шестого “Б”» (1972 г., название фильма — «Чудак из пятого “Б”»).

Как кинодраматург дебютировал в 1970 году фильмом «Серебряные трубы».
С 1988 года Железников являлся художественным руководителем киностудии «Глобус», которая снимает фильмы для детей.

Умер на 91-м году жизни 3 декабря 2015 года. Похоронен на Троекуровском кладбище.