Родился 12 (24) марта 1885 года в Санкт-Петербурге. В 1906—1914 годах учился в Санкт-Петербурге в Императорской Академии художеств (мастерская Л. Н. Бенуа).
Преподавал в ленинградском ВХУТЕИНе (бывшей Академии художеств, с 1931 года ИЖСА имени И. Е. Репина) в 1918—1935 годах,
Преподавал в Московском высшем художественно-промышленном училище (1959—1967).
В 1918—1939 годах плодотворно работал с академиком архитектуры В. А. Щуко.
Первой работой для столицы (за десять лет до переезда в Москву) стал Иностранный отдел на Всероссийской сельскохозяйственной и кустарно-промышленной выставке (1923; соавтор Щуко В. А.);
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 Великановым А. П., Поляковым Л. М., Рожиным И. Е., Селюгиным Г. В., Селяковой-Шухаевой, Хряковым А. Ф., Щуко Г. В. (Юрием) 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 поручается последующая разработка этого проекта (1933—1939)
С 1935 года Владимир Георгиевич активно участвовал в реконструкции Москвы, разработал вариант планировки юго-запада Москвы (1935—1937).
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).
В. Г. Гельфрейхом создан проект перронного зала станции «Ботанический сад» (ныне «Проспект Мира», 1949; соавтор Минкус М. А., ск. Мотовилов Г. И.).
Проект Пантеона — Памятника вечной славы великих людей Советской страны на Ленинских горах (1954; соавтор Минкус М. А.; конкурс).
В 1957—1958 годах В. Г. Гельфрейх принимал участие в архитектурных конкурсах на проект Дворца Советов на Ленинских горах (соавтор М. А. Минкус).
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 Минкус М. А.), 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).
Умер 7 августа 1967 года в Москве, похоронен Владимир Георгиевич на Новодевичьем кладбище (участок № 7).