В 1949 году окончил с серебряной медалью московскую среднюю школу № 7. Интерес к географии у него возник лишь в 10-м классе, когда у него появились знакомые географы и океанологи, которые увлекли его рассказами об экспедициях и Географическом факультете МГУ. Благодаря им после окончания школы сделал выбор в пользу географического факультета.
Его университетским учителем был Н. А. Гвоздецкий, у которого были написаны первые научные работы: курсовые и дипломная.
После окончания первого курса — отправился в первую студенческую экспедицию — на Западный Кавказ.
После второго курса — проходил практику в горах Крыма, после третьего — в тайге Сихотэ-Алиня.
В Институте географии был принят в отдел физической географии, которым в то время заведовал профессор Г. Д. Рихтер, основоположник географического снеговедения. С того времени он всецело посвятил себя изучению снега и льда.
В 1961 году, к тому времени уже совершив экспедицию в Арктику и Антарктику, защитил кандидатскую диссертацию, которая в том же году была опубликована в виде большой монографии «Снежный покров Антарктиды и его роль в современном оледенении материка». Когда в конце 50-х гг. Григорий Александрович Авсюк, один из руководителей советских работ по программе Международного геофизического года, создал в Институте географии АН СССР отдел гляциологии, В. Котляков стал одним из первых его сотрудников. Уже в 1959 году Авсюк назначил его учёным секретарём отдела, затем заместителем заведующего, а в 1968 году передал заведование отделом (должность заведующего отдела гляциологии Института географии АН СССР занимал до 1985 года).
В 1967 году защитил докторскую диссертацию по теме «Снежный покров земного шара и питание ледников», в которой фактически впервые проводил исследование на стыке снеговедения и ледниковедения.
В 70-е годы сфера его исследований ещё более расширилась. В его работах стали всё чаще рассматриваться проблемы баланса массы, стока и колебаний ледников. В круг его интересов вошли не только размеры, форма и факторы формирования ледниковых систем, но и исследование последних как сложных динамических комплексов.
В 1976 году был избран членом-корреспондентомАН СССР по специальности «гидрология», в 1991 году стал академикомРАН по специальности «география, океанология»; заместитель академика-секретаря Отделения наук о Земле РАН (1987—2015)[5].
Участник и научный руководитель многих экспедиций, в том числе зимовок на Новой Земле (1955—1956), в Антарктиде (1957—1958), на южном склоне Эльбруса (1961—1963); экспедиций в Заилийский Алатау (1964), на Памир (1968—1974).
С 2012 года — председатель экспертного совета Национальной премии в области географии и экологии «Хрустальный компас», учрежденной Краснодарским региональным отделением РГО[11].
Лауреат Государственной премии Российской Федерации (2001). Лауреат Нобелевской премии мира в составе Межправительственной группы экспертов по климату (2007). Лауреат премии имени А. А. Григорьева (2009). Лауреат Демидовской премии (2011)[14]. 28 октября 2011 за выдающиеся заслуги в области географии и в связи с 80-летним юбилеем Учёный совет Русского географического общества присудил не существовавшую с 1930 по 2017 год «де-юре» награду Русского географического общества — золотую Константиновскую медаль[15].
Участник и руководитель экспедиций в Антарктиде, на Новой Земле, Эльбрусе, Заилийском Алатау и Памире. Исследовал современный режим и динамику полярных и горных оледенений, дал интерпретацию материалов глубокого бурения антарктических льдов, работал над созданием методов оценки лавинной опасности и построением гляциологических прогнозов.
Организовал создание Атласа снежно-ледовых ресурсов мира, который стал общегеографическим атласом ледовых и снежных покровов и связанных с ними стоков рек, климатических условий, палео- и других аспектов существования ледников и снега[18].
В. М. Котляков играл большую роль в реализации проекта глубокого бурения на станции Восток в Антарктиде. В 1970-х годах он высказал идею о получении и изучении керна антарктического льда по всей его глубине (около 4 км). В 1981 году совместно с французским гляциологом Клодом Лориусом он организовал изучение 500-метрового керна, извлечённого на станции Восток. В дальнейшем к проекту присоединились специалисты из США[18].
Бурение льда Антарктиды на станции Восток продолжалось более 25 лет и было остановлено на глубине 3623 м, приблизительно в 125 метрах от поверхности теоретически предсказанного озера, чтобы случайно не разрушить изолированный биоценоз этого озера[18]. В 2006 году бурение было продолжено по усовершенствованной технологии. Планировалось в 2008 году достичь воды озера[19]. По ледяному керну из этой скважины были установлены климатические условия формирования четырёх полных ледниково-межледниковых циклов на протяжении около 420 тысяч лет, что является значительным вкладом в науки о Земле[18].
Климаты прошлого из глубины ледниковых щитов (1991, в соавторстве с М. Г. Гросвальдом, Л. Клодом)
Мир снега и льда (1994)
Наука. Общество. Окружающая среда (1997)
Атлас снежно-ледовых ресурсов мира (1997, инициатор и главный редактор)
Котляков В. М. Избранные сочинения: В 6 кн. (2000)
Редактор более 80 книг, практически всех отечественных монографий по гляциологии в 1970—2000-х, заместитель главного редактора Географического энциклопедического словаря. Подготовил 30 кандидатов и 10 докторов наук.
Владимир Михайлович Котляков. — М.: Наука, 2005. — 264 с. — (Материалы к биобиблиографии учёных. Географические науки. Вып. 10). — 600 экз. — ISBN 5-02-033190-2.