Родился 5 марта 1914 года в Москве, в семье рабочего. Супруга — Сергеева Мария Васильевна (1926 г. рожд.). Сыновья: Анатолий Владимирович (1948 г. рожд.), Виктор Владимирович (1954 г. рожд.).

В 1930 году окончил 7 классов и поступил в ФЗУ электрозавода в городе Москве. С февраля 1932 года работал слесарем на фабрике «Москвашвей». В сентябре 1934 года поступил в Московский институт инженеров связи, который окончил в августе 1940 года. В сентябре—ноябре 1939 года проходил службу в Красной Армии командиром взвода связи, в ноябре 1939 — августе 1940 года работал старшим техником «Проектсвязьстроя» Дворца Советов. С сентября 1940 по июнь 1941 года — инженер конторы связи в городе Бологое.

В июне 1941 года мобилизован в Красную Армию и назначен инженером отдела связи штаба 8-й армии. В ноябре назначен помощником начальника связи по снабжению 91-й гвардейской стрелковой дивизии. С марта 1942 года — начальник мастерских связи гвардейской стрелковой дивизии, с ноября 1942 года — помощник командира отдельной роты связи, с августа 1943 года — командир отдельной роты связи. С августа 1944 года служил в должности заместителя командира 449-го отдельного линейного батальона связи, с февраля 1946 года — командир батальона. С января 1947 года — офицер по телеграфной и телефонной службе отдела связи штаба 39-й армии.

В марте 1947 года был демобилизован, в июне того же года поступил в НИИ-885 Министерства промышленности средств связи, где работал в должностях младшего научного сотрудника, старшего инженера, руководителя группы, начальника лаборатории, заместителя начальника отдела, начальника лабораторий.

В 1960 году в результате катастрофы при испытаниях ракеты Р16 погиб начальник, главный конструктор ОКБ-692 Б.М. Коноплев. На эту должность был назначен Владимир Григорьевич Сергеев. К этому времени он уже имел необходимый опыт руководства научно-исследовательскими работами по системам управления, был удостоен Ленинской премии (1957). Ему удалось четко организовать работу, и уже через полгода ракета Р16 с существенно доработанной аппаратурой системы управления была вывезена на стартовую позицию. Были проведены ее успешные летные испытания. В 1961 году В.Г. Сергеев был удостоен звания Героя Социалистического Труда.

К 1960 году Советский Союз оказался окруженным плотным кольцом почти 300 военных баз НАТО, на территории США были развернуты около 40 стартовых позиций МБР «Атлас» (ее запуск на фантастическую дальность, 14500 километров состоялся 8 октября 1960 года).

Советскому Союзу как воздух была необходима межконтинентальная ракета с автономной системой управления, пригодная к долгому стоянию в режиме боевого дежурства, с дальностью стрельбы до 12000 километров, надежно упрятанная в пусковую шахту.

Создание серий таких ракет выпало на долю М.К. Янгеля — В.Г. Сергеева и, несколько позже, В.Н. Челомея — В.Г. Сергеева и возглавляемых ими коллективов ОКБ-586, ОКБ-52 и ОКБ-692.

С тех пор главным направлением в деятельности В.Г. Сергеева стало создание все более совершенных систем управления межконтинентальных баллистических ракет Генеральных конструкторов М.К. Янгеля и В.Н. Челомея. Эти ракетные комплексы составили основу ракетно-ядерных сил стратегического назначения. В 60—80-х годах были созданы системы управления для ракет М.К. Янгеля: комплекс Р16 с дальностью стрельбы до 12000 километров, комплекс Р36 с двумя типами боевого оснащения: легкой головной части с дальностью стрельбы до 14000 километров и тяжелой — до 12000 километров.

Созданные системы управления обеспечили требуемые характеристики: по точности стрельбы (ракеты последних модификаций обеспечивали попадание в цель размером с современный стадион на предельной дальности); боеготовность комплекса в заданное время; автономную и дистанционную проверку состояния систем ракеты и ее пуск; высокую эксплуатационную надежность, простоту в обслуживании, защиту от случайных и несанкционированных пусков; дистанционное и автоматическое введение полетного задания и переприцеливание; индивидуальное наведение боевых блоков разделяющихся головных частей на отдельные цели и прикрытие (защита) боевых блоков ложными целями; сохранение работоспособности и точного наведения на цель при сейсмическом воздействии на стартовую позицию при ядерных взрывах в районе старта.

Многие годы коллектив, возглавляемый В.Г. Сергеевым, был занят созданием боевых ракетных комплексов с новыми, нетрадиционными качествами, способными обеспечить преодоление противоракетной обороны.

В НПО «Электроприбор» под руководством В.Г. Сергеева созданы система управления глобальной ракеты Р36, обеспечивающая дальность стрельбы в пределах одного витка искусственного спутника Земли и возможность подхода к цели с двух диаметрально противоположных направлений; система управления для управляемых на атмосферном участке траектории боеголовок, обеспечивающая преодоление противоракетной обороны, наведение на цель по рельефу местности или радиолокационным картам.

Особый склад мышления В.Г. Сергеева позволил направить творчество коллектива на возможность использования для нужд народного хозяйства боевых ракет, отслуживших свой срок дежурства. Для этих целей были разработаны системы управления ракет-носителей искусственных спутников Земля. Так, на базе ракеты малой дальности Р12 был создан носитель, с помощью которого было запущено в космос около 800 искусственных спутников Земли самого различного научного и народно-хозяйственного назначения, серий «Космос» и «Интеркосмос». На базе ракеты средней дальности Р14 воплощен носитель с уникальной возможностью повторного запуска в полете двигателя второй ступени, что обеспечивало имитацию входа в плотные слои атмосферы со второй космической скоростью, возможность исследования радиолокационных характеристик ложных целей, аэродинамики входа возвращаемых аппаратов, наконец, аэродинамики макета корабля «Буран». Количество искусственных спутников Земли и других объектов, запущенных этим носителем, превысило 1000.

На базе глобальной ракеты Р36 при минимальной доработке был создан носитель с полностью автоматизированной стартовой позицией, этот носитель нашел широкое применение для запуска искусственных спутников Земли в интересах ВМФ. С его помощью запускались управляемые спутники и спутники-истребители.

В начале 70-х годов велись масштабные работы по созданию системы управления транспортного корабля снабжения и возвращаемого аппарата многоцелевой космической системы «Алмаз», создаваемой под руководством В.Н. Челомея. Впервые в СССР в системе управления была применена бортовая вычислительная машина БЦВМ, позволившая кораблю выполнять и автоматическом режиме весь мыслимый спектр режимов управления, включая сближение и стыковку с кооперируемым объектом. Автоматические стыковки транспортного корабля снабжения с космическими станциями «Салют-6» и «Салют-7», выполненные после многодневных полетов по заранее введенной программе (полетному заданию) с выполнением ряда запланированных операций и межорбитальных переходов без вмешательства операторов центра управления, была полным триумфом идей, рожденных на фирме В.Г. Сергеева.

В последующие годы опыт транспортных кораблей снабжения был широко использован при создании целой серии космических кораблей самого различного назначения: транспортного корабля-модуля, модулей «Кристалл», «Спектр», «Квант», вошедших в состав станции «Мир», а в последние годы и Международной космической станции «Заря».

Значительное место в научно-техническом творчестве коллектива ОКБ занимало создание системы управления ракеты-носителя многоразовой космической транспортной системы «Энергия — Буран», имевшей неофициальное название «Советский Шаттл». Работы по этой теме были начаты под руководством В.Г. Сергеева (на завершающем этапе они велись под фактическим руководством Я.Е. Айзенберга).

В мае 1987 года состоялся первый успешный запуск носителя «Энергия», а в ноябре 1988 года — запуск в штатном варианте — с многоразовым кораблем «Буран». С 1986 года по настоящее время В.Г. Сергеев работает научным консультантом АО «Хартрон».

В истории ХХ века имя В.Г. Сергеева стоит в одном ряду с именами великих конструкторов М.К. Янгеля, В.Ф. Уткина, А.М. Макарова, В.Н. Челомея. Работая бок о бок, они создали ракетно-ядерный щит Советского Союза — межконтинентальные баллистические ракеты.

В.Г. Сергеев дважды удостоен звания Героя Социалистического Труда (1961, 1976). Ему присуждены Ленинская премия (1957), Государственная премия СССР (1967) и Государственная премия УССР (1979). В.Г. Сергеев — академик Национальной академии наук Украины, доктор технических наук. Он награжден пятью орденами Ленина (1961, 1966, 1974, 1976, 1984), орденами Октябрьской революции (1971), Богдана Хмельницкого III степени, «За заслуги» III степени (1999), Отечественной войны I степени (1944), тремя орденами Отечественной войны II степени (1943, 1944, 1985), орденами Красной Звезды (1942), Трудового Красного Знамени (1959), многими медалями.

Живет и работает в Харькове.