Владимир Викторович Аксенов родился 1 февраля 1935 года в селе Гиблицы Касимовского района Рязанской области.

Его отец погиб на фронте в 1944 году, мать скончалась в 1949 году.

Воспитанием будущего космонавта занимались дедушка и бабушка, известные в районе учителя русского языка и литературы.

В 1949 году Владимир Аксенов окончил семь классов школы в селе Гиблицы и поступил в индустриальный техникум в городе Касимове. В том же году в связи со смертью матери он переехал к ее сестре в город Калининград (ныне — Королев) Московской области. В 1953 году окончил Мытищинский машиностроительный техникум. Два года учился в 10-й Военной авиационной школе первоначального обучения летчиков в городе Кременчуге (Полтавская область, Украина), после чего стал курсантом Чугуевского Высшего военного авиационного училища летчиков, но в 1956 году был уволен в запас в связи с массовым сокращением личного состава ВВС.

С 1957 года Аксенов на работе в ОКБ-1 (ныне — Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С. П. Королева). Конструктор, инженер-конструктор, после окончания Всесоюзного заочного политехнического института по специальности "Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты" (1963) — ведущий инженер, начальник лаборатории летных испытаний.

Руководил летно-испытательной лабораторией на базе самолета Ту-104, предназначенной для создания искусственной невесомости.

Отрабатывал действия космонавтов в открытом космосе, включая переход из корабля в корабль. На самолете-тренажере совершил 250 полетов, 1250 раз находился в условиях искусственной невесомости (около 10 часов) и 150 раз - в условиях лунной гравитации (около 40 минут).

27 марта 1973 года Государственной комиссией рекомендован для зачисления в отряд космонавтов.

В 1974-1976 годах Аксенов проходил подготовку к полету на транспортном корабле 7К-С в экипаже с Леонидом Кизимом. Первоначально 7К-С разрабатывался для проведения военно-технических исследований, затем (под обозначением 7К-СТ или "Союз Т") - для доставки экипажей на орбитальные станции.

С января по июнь 1976 года проходил подготовку в экипаже с Валерием Быковским.

Владимир Аксенов побывал в космосе дважды в качестве бортинженера: на корабле "Союз-22" (командир экипажа Валерий Быковский, позывные "Ястреб") с 15 по 23 сентября 1976 года и на корабле "Союз Т-2" (командир экипажа Юрий Малышев, позывные "Юпитер") с 5 по 9 июня 1980 года.

Общая продолжительность двух полетов Владимира Аксенова в космос - 11 суток 20 часов 11 минут 47 секунд.

С 1984 года Аксенов работал в Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина инструктором-космонавтом-испытателем, занимался разработкой систем управления, стыковки и спуска космических кораблей. Отчислен из отряда космонавтов 17 октября 1988 года в связи с выходом на пенсию и переходом на другую работу.

В октябре 1988 года стал директором Государственного научно-исследовательского центра по изучению природных ресурсов (ГОСНИИЦИПР), где проектировали автоматические космические аппараты для дистанционного зондирования Земли. В 1990-1992 годах возглавлял НПО "Планета", в состав которого вошли ГОСНИИЦИПР и разрабатывающие предприятия. В 1990-1996 годах был заместителем председателя совета директоров "Мосбизнесбанка".

В 1983-1992 годах Владимир Аксенов был заместителем председателя правления Советского фонда мира, затем заместителем председателя Международной ассоциации фондов мира, председателем постоянной комиссии по проблемам "Мир и устойчивое развитие". Возглавлял президиум общественной организации "Духовное движение России", входит в центральный совет общественного движения "Россия Православная".

Владимир Аксенов — подполковник-инженер запаса, летчик-космонавт СССР, инструктор-космонавт-испытатель 2-го класса, заслуженный мастер спорта СССР.

Кандидат технических наук. Автор брошюры "Иллюзия безопасности" (1999), посвященной проблемам применения ядерного оружия в современных военных доктринах. Имеет более 10 изобретений.

Дважды Герой Советского Союза (1976,1980), награжден двумя орденами Ленина (1976, 1980), медалями, в том числе "За заслуги в освоении космоса" (2011), а также орденом Карла Маркса (ГДР, 1976) и золотой медалью "За заслуги перед наукой и человечеством" (Академия наук ЧССР).

Почетный гражданин Рязани, Касимова, Калуги, Зеи, Мытищинского района Московской области, села Гиблицы Рязанской области, графства Джефферсон (штат Кентукки, США).

11 июня 2011 года в Рязани на улице Циолковского был открыт бюст Владимиру Аксенову.

Владимир Аксенов женат, его супруга Марина Васильевна работала в НПО "Энергия", сейчас на пенсии. Сыновья Валерий (1964 года рождения) и Сергей (1970 года рождения).