Родился 23 января 1946 года в Ногинске, Московской области. В 1952 году поступил в среднюю школу Ногинска, которую окончил с серебряной медалью в 1962 году. В том же году поступил в Московский физико-технический институт на факультет аэрофизики и космических исследований.
В 1968 году с отличием окончил МФТИ по специальности «Термодинамика и аэродинамика», в том же году поступил в аспирантуру МФТИ. В 1971 году досрочно защитил кандидатскую диссертацию на специальную тему. С октября 1971 года по май 1986 года работал в Отделении Института химической физики АН СССР в п. Черноголовка. В 1976 году защитил докторскую диссертацию. С 1982 года — профессор по специальности «Химическая физика, в том числе, физика горения и взрыва».
С 1986 года по 1992 год работал заведующим отделом Института высоких температур АН СССР (ныне — ОИВТ) и по совместительству в ИХФЧ в должности заведующего лабораторией. В 1987 году избран членом-корреспондентом АН СССР по специальности «Теплофизика» Отделения физико-технических проблем энергетики, а в 1990 г. — и по Отделению общей и технической химии. В 1991 г. избран действительным членом РАН по Отделениям физико-технических проблем энергетики и общей и технической химии.
С 1993 года по 1997 год В. Е. Фортов — председатель Российского фонда фундаментальных исследований с 1996 г. по 2001 год — вице-президент РАН.
В августе 1996 г. был назначен председателем Государственного комитета РФ по науке и технологиям, затем — министром науки и технологий, одновременно до марта 1997 г. являлся заместителем Председателя Правительства РФ; в марте 1998 г. вышел в отставку в составе кабинета В. Черномырдина.
С мая 1992 года и по настоящее время В. Е. Фортов — директор Института теплофизики экстремальных состояний Объединённого института высоких температур (ОИВТ) РАН.
С 2002 года — академик-секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН.
С 2010 года — член Консультативного научного Совета Фонда «Сколково».
29 мая 2013 года избран президентом Российской академии наук.
Ранние научные работы В. Е. Фортова посвящены физике сильных ударных волн в плотной плазме. Под руководством и при непосредственном участии В. Е. Фортова были проведены теоретические и экспериментальные работы в области физики высоких плотностей энергии, физики неидеальной плазмы и химической физики, космической физики, теории горения и взрыва, теплофизических свойств веществ и их поведения в экстремальных условиях.
В мировой науке В. Е. Фортов известен и как создатель и руководитель нового научного направления — динамической физики неидеальной плазмы. Оригинальные и обобщающие труды В. Е. Фортова и его учеников, включая изданные в последние годы монографии: «Неидеальная плазма», «Сильные ударные волны и экстремальные состояния вещества», «Ударноволновые явления в конденсированном веществе», «Ударные адиабаты конденсированного вещества при высоких плотностях энергии».
Работы В. Е. Фортова по созданию научных основ защиты космического аппарата при реализации международного проекта «Вега» — изучению кометы Галлея, по моделированию процесса и исследованию последствий столкновения кометы Шумейкеров — Леви 9 с Юпитером внесли значительный вклад в развитие космической физики. В. Е. Фортов внес принципиальный вклад в проведение цикла исследований по физике высоких плотностей энергии на уникальном комплексе «Ангара-5-1».
Фундаментальным и многообещающим по перспективам применения представляется проводимый в настоящее время под руководством В. Е. Фортова цикл экспериментов по исследованию формирования квазикристаллических упорядоченных структур в плазме, включая уникальный космический эксперимент «Плазменный кристалл», начатый на орбитальном комплексе «Мир» в 1998 году и продолжающийся на Международной космической станции (МКС).
В. Е. Фортов — председатель комиссии РФ по делам ЮНЕСКО, член Правительственной комиссии по научно-технической политике, член Пленума Высшего аттестационного комитета РФ.
Академик В. Е. Фортов сочетает научную деятельность с научно-педагогической работой в Московском физико-техническом институте, под его научным руководством защищено 11 докторских и более 30 кандидатских диссертаций, он — Почётный работник высшего образования России.