Родился 21 декабря 1923 года в городе Москве. Отец — Полевой Михаил Леонидович (1886—1933), участник революции 1905 года, был арестован, сослан в Сибирь. Бежал из ссылки и эмигрировал во Францию. Окончил университет в Тулузе, работал инженером-электриком на строительстве парижского метро. Вернувшись в 1917 году в Россию, работал в Москве, в 1926—1928 годах был в командировках в Париже и Берлине. Мать — Полевая Валентина Николаевна (1897—1990), выпускница Нижегородского института благородных девиц, работала в архивах, типографии.

Женат вторым браком. Дети от первого брака: Исаева Татьяна Вадимовна (1949 г. рожд.), Полевой Алексей Вадимович (1955 г. рожд.). Супруга — Базазьянц Стелла Борисовна (1932 г. рожд.), работала главным редактором журнала «Декоративное искусство», в настоящее время — президент Ассоциации московских галерей. Ее дочь — Бубнова Ярослава (1961 г. рожд.), искусствовед. Внуки: Исаева Татьяна (1970 г. рожд.), Полевой Сергей (1978 г. рожд.), Полевой Андрей (1981 г. рожд.). Правнук — Андрей (2000 г. рожд.).

Вадим Полевой окончил московскую среднюю школу № 69, в которой учились многие известные ныне артисты, музыканты, писатели, ученые: Б. Окуджава, С. Колосов, А. Эшпай и другие. Параллельно со школой мальчик занимался в детской художественной школе, которую опекал знаменитый художник И. Грабарь. Большое влияние на будущую судьбу Вадима оказали встречи с Юоном и Ульяновым. В 1939 году одна из работ юного художника была опубликована в журнале «Юный художник». Этот факт и стал отправной точкой долголетней жизни Вадима Полевого в искусстве.

Окончание школы пришлось на начало Великой Отечественной войны. Все выпускники были направлены на строительство оборонительных сооружений под Смоленском. В сентябре 1941 года Полевой дважды получал повестки: сначала о призыве в лыжный батальон, а потом — в авиацию. В конечном итоге, получив в военкомате направление в авиационную школу штурманов-бомбардиров, он выехал в Ярославль. Однако когда он прибыл к месту назначения, выяснилось, что школу уже эвакуировали. Призыв отложили.

Некоторое время Вадим снимался в «Боевых киносборниках» на Мосфильме. В октябре 1941 года его, наконец, призвали на военную службу и отправили на обучение и формирование в запасной полк в Йошкар-Олу. Прибыв на место, он немедленно подал рапорт об отправке на фронт и через несколько дней попал в 49-ю отдельную стрелковую бригаду в район Волоколамска. На следующий день принял свой первый бой.

Воинская служба на фронте была для В.М. Полевого стремительно короткой. Войска несли большие потери, и он вскоре был назначен командиром отделения, а затем принял взвод. 20 января 1942 года в бою под станцией Княжьи горы он был тяжело ранен и его, раненного и обмороженного, отправили в госпиталь, а через шесть месяцев комиссовали. За мужество и героизм, проявленные в боях под Москвой, Вадим Полевой награжден орденами Славы III степени, Отечественной войны I степени, медалью «За оборону Москвы».

Вернувшись в столицу, поступил сразу на искусствоведческое отделение МГУ имени М.В. Ломоносова и художественное отделение Полиграфического института. Однако вскоре перед ним встал вопрос, что выбрать: стать художником или искусствоведом? Полевой предпочел последнее.

Учебу совмещал с работой в Государственном музее изобразительных искусств имени А.С. Пушкина (1943—1949). Его преподавателями в университете были замечательные ученые профессора В.В. Павлов, А.А. Федоров-Давыдов, В.Н. Лазарев. Под их руководством Вадим в 1947 году защитил диплом и поступил в аспирантуру (1947—1951).

Одновременно стал работать старшим преподавателем во Всесоюзном государственном институте кинематографии (1947—1949), где читал курс лекций по истории искусств. В числе его слушателей были будущие знаменитые кинорежиссеры Э. Рязанов, Г. Чухрай и другие известные деятели кино.

С 1949 по 1962 год В.М. Полевой работал старшим научным редактором, затем заведующим редакцией искусства в Большой Советской энциклопедии. Параллельно читал курсы по истории искусства Византии и русского искусства в МГУ имени М.В. Ломоносова (1949—1960). В 1962 году был приглашен на работу инструктором в Отдел культуры ЦК КПСС, а в 1973 году стал профессором Академии общественных наук, где проработал до 1991 года.

В качестве научного руководителя готовил студентов-дипломников и аспирантов из СССР, Болгарии, Венгрии, Германии, Чехословакии, Кубы, Греции, Монголии.

В 1943—1949 и 1993—1996 годах являлся научным сотрудником Государственного музея изобразительных искусств имени А.С. Пушкина. В настоящее время продолжает исследования, консультативную и авторскую работу в сфере искусства ХХ века.

Диапазон научных интересов В.М. Полевого широк. Его первые работы были посвящены искусству России и Византии, в том числе росписи пещерных храмов Крыма, а также искусству стран Латинской Америки, Франции, Германии, Польши. Главные же темы исследований В.М. Полевого — русское искусство конца XIX — начала ХХ века, искусство Греции — от древности до наших дней, кардинальные проблемы искусства ХХ столетия, в том числе типология искусства ХХ века, гиперреализм и абстракционизм в системе истории искусств, популизм в искусстве ХХ века, искусство и политические движения ХХ века, критика марксистской эстетики («Опыты антиэстетики», 1991).

В.М. Полевой является автором книг: «Ф.С. Богородский» (1956), «А.В. Куприн» (1963), «Искусство стран Латинской Америки» (1967), «Искусство Греции» (3 тома: Древний мир — 1970, Средние века — 1973, Новое время — 1975), «Двадцать лет французской графики» (1981), «Двадцатый век» (1989), «Искусство ХХ века. Малая история искусств в 1901—1945» (1991), «Искусство как искусство» (1995); глав в изданиях: «Всеобщая история искусства» (Византия, Польша, Латинская Америка, Греция, 1960—1966), «Всеобщая история архитектуры» («Греция. ХХ век», 1973), «История Москвы» (Художественная жизнь Москвы, 1959—1967), а также более 2 тысяч статей в сборниках, каталогах, справочниках, ежегодниках, журналах и других периодических изданиях. В.М. Полевой был инициатором и редактором энциклопедий: «Искусство стран и народов мира» (5 тт., 1962—1981) и «Популярная художественная энциклопедия» (2 тт., 1986), а также главным редактором ежегодника «Советское искусствознание» (1977—1990). Его работы издавались во многих странах — Бельгии, Болгарии, Венгрии, Германии, Испании, Италии, Мексике, Португалии, Франции, Швейцарии и т.д.

В.М. Полевой неоднократно выступал с докладами на конгрессах международных ассоциаций историков и критиков искусства. Был куратором выставок современного искусства в Греции, Индии, Мексике, Франции. Являлся организатором многих крупных международных выставок искусства, в том числе Молодежной выставки в Москве на Фестивале молодежи и студентов (1957), автором концепций и предисловий к каталогам выставок «Москва — Париж» (1979, 1981), «Москва — Берлин» (1995—1996), а также одним из учредителей научных «Федоров-Давыдовских» чтений в МГУ.

В 1977 году за создание трехтомника «Искусство Греции» В.М. Полевой был удостоен Государственной премии СССР, а в 1990 году за книгу «Двадцатый век» был награжден золотой медалью Российской Академии художеств. За заслуги в области культуры и искусства он награжден орденами Дружбы народов (1983) и «Знак Почета» (1967), а также многими медалями.

В.М. Полевой — член президиума Российской Академии художеств, член Союза художников Москвы. В 1977—1980 являлся вице-президентом Международной ассоциации критиков искусства при ЮНЕСКО (АИКА), позже — постоянным членом Административного совета АИКА. С 1988 по 1991 год работал секретарем правления Союза художников СССР. Член ученых советов Государственной Третьяковской галереи, Государственного музея изобразительных искусств имени А.С. Пушкина; в течение ряда лет был членом научного совета «Советской энциклопедии» и других ученых советов.

В молодости В. Полевой писал стихи, сочинял сценки и выступал в капустниках. Будучи еще аспирантом, сочинил обширную озорную экскурсию по древнему искусству с рифмами-ловушками. Увлекался лыжами, теннисом, шахматами, плаванием.

Долгие годы увлекается живописью и графикой. Вадима Михайловича связывает многолетняя дружба с художниками А. Васнецовым, Д. Жилинским, П. Оссовским. Им была собрана уникальная коллекция графики (более 200 работ), которую он недавно передал в Музей современного искусства.

Живет и работает в Москве.