Родился 22 августа 1935 года в Москве в семье биолога и историка биологии И. Е. Амлинского. Отец поэта и рекламиста А. В. Амлинского.
В 70-х и 80-х годах преподавал в Литературном институте имени А. М. Горького. Среди его учеников такие известные прозаики, как писатели Андрей Молчанов и Олег Корабельников.
В 1950-1951 годах примыкал к молодежной подпольной организации "Союз борьбы за дело революции". Зимой 1951 года был задержан вместе с остальными участниками и допрошен, но отпущен как непричастный к собственно политическим целям организации.По окончании ВГИКа (1958) много ездил по СССР в качестве журналиста. Первый рассказ Амлинского «Станция первой любви» (1958) был напечатан в журнале «Юность» , которому Амлинский передавал и следующие свои произведения.
С 1969 до смерти он был членом редколлегии журнала, с 1976 года — член правления СП СССР. Жил в Москве, на улице Черняховского. Был дружен с В. П. Аксёновым, с кем ещё в 50-е годы ездил на Кубу к Э. Хемингуэю.Написал сценарий к фильму «День первый, день последний» (Киностудия им. А. Довженко, 1978).Повести, рассказы (часто на документальной основе) о жизни молодежи («Жизнь Эрнста Шаталова» , 1968; «Нескучный сад» , 1979), биографическая повесть об отце, ученом-генетике «Оправдан будет каждый час…» (1986). Очерк «На заброшенных гробницах…» (1988) о Н. И. Бухарине. Член СП СССР (1962).В. И. Амлинский умер 30 ноября 1989 года. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище.