Родился в Санкт-Петербурге в семье государственного служащего. Окончил реальное училище, два года занимался в частной рисовальной школе. В 1906 году поступил на Архитектурное отделение Высшего художественного училища при Императорской Академии художеств, которое окончил с отличием в 1914 году, выполнив дипломный проект здания Государственного совета под руководством профессора Леонтия Бенуа. Ещё во время обучения в Академии начал работать в мастерской академика архитектуры Владимира Щуко, который оказал заметное влияние на дальнейший творческий путь Гельфрейха[3][4].
Начиная с 1918 года был бессменным соавтором Владимира Щуко; их сотрудничество продолжалось вплоть до смерти Щуко в 1939 году. Первой совместной работой архитекторов после октябрьской революции стало проектирование и сооружение в 1922—1923 годах павильонов Иностранного отдела Всероссийской сельскохозяйственной и кустарно-промышленной выставке в Москве. К периоду 1920-х годов относятся проекты архитекторов в Петрограде—Ленинграде — пропилеи Смольного, памятники В. И. Ленину (у Троицкого моста, моста Революции и у Финляндского вокзала), дом культуры Московско-Нарвского района; Щуко и Гельфрейх приняли участие в ряде конкурсов, в том числе на проект советского павильона на Всемирной выставке в Париже, проект дома промышленности УССР в Харькове, Дворец Труда в Иваново, Дом советов в Туле и ряд других[5][4].
Важную роль в их совместной деятельности сыграло проектирование Дворца Советов: они участвовали в первом и во втором закрытых конкурсах на проект Дворца (1932—1933; в соавторстве с А. П. Великановым, Л. М. Поляковым, И. Е. Рожиным, Г. В. Селюгиным, Селяковой-Шухаевой, А. Ф. Хряковым, Г. В. Щуко и др.). За основу же был принят проект, выполненный архитектором Б. М. Иофаном. Б. М. Иофану, В. Г. Гельфрейху и В. А. Щуко с их архитектурным коллективом была поручена последующая разработка этого проекта (1933—1939)[6].
С 1935 года Гельфрейх активно участвовал в реконструкции Москвы, разработал вариант планировки юго-запада Москвы (1935—1937).
Могила В. Г. Гельфрейха на Новодевичьем кладбище Москвы
Значительной работой в военные годы стали сооружения третьей очереди московского метрополитена — наземный вестибюль и перронный зал станции «Электрозаводская» (проект 1938 года, открыта в 1944 году; соавтор И. Е. Рожин), наземный вестибюль станции «Новокузнецкая» (1943).
Яркая страница в творческой биографии архитектора В. Г. Гельфрейха — участие в создании первых московский высотных домов. Он выполнил проект высотного административного здания на Смоленской площади (1947—1953; соавтор М. А. Минкус), руководил созданием ансамблей Смоленской площади и площади Киевского вокзала (1953), композиционных узлов Кутузовского проспекта и площади Победы (1953—1958), планировкой и застройкой жилых массивов Кунцево (1957—1959 гг.), Фили-Мазилово (1956), Рублево, Давыдково. Под его руководством велось не только массовое жилищное строительство, но и создание крупных общественных сооружений, среди которых и здание панорамы «Бородинская битва»(1962).
Сталинская премия первой степени (1946) — за архитектурный проект станции «Электрозаводская» и верхнего вестибюля станции «Новокузнецкая» Московского метрополитена имени Л. М. Кагановича
Сталинская премия первой степени (1949) — за архитектурный проект здания МИД СССР на Смоленской площади
Berkovich, Gary. Reclaiming a History. Jewish Architects in Imperial Russia and the USSR. Volume 2. Soviet Avant-garde: 1917–1933. Weimar und Rostock: Grunberg Verlag. 2021. С. 100. ISBN 978-3-933713-63-6
Московская энциклопедия / С. О. Шмидт. — М.: Издательский центр «Москвоведение», 2007. — Т. I, Лица Москвы. — С. 362. — 639 с. — 10 000 экз. — ISBN 978-5-903633-01-2.
Толстой И. А. Владимир Алексеевич Щуко (1878—1939) // Мастера советской архитектуры об архитектуре / Сост. М. Г. Бархин, Ю. С. Яралов. — М.: Искусство, 1975. — Т. 2. — С. 255—263.
Ежегодник Общества архитекторов-художников. Выпуск 12. Ленинград. 1927. Стр. 31-33, 165—167, 172—175.
Ежегодник Общества архитекторов-художников. Выпуск XIV. Ленинград. 1935. Стр. 228—242.