Мать — Марья Михайловна Радина, отец — Григорий Васильевич Имшенецкий — лекарь Ижевского завода.
Род Имшенецких — черниговских дворян духовного звания — упоминается в исторических источниках со времён гетмана Мазепы. Г. В. Имшенецкий родился в с. Киреевка Сосницкого уезда Черниговской губернии, в 1794 г.,. в семье сельского священника. В 1819 г. выпускник Медико-хирургической академии, был определён на вакансию уездного врача Елабужского уезда Вятской губернии. В 1821 году Г. В. Имшенецкий получил должность штаб-лекаря и был переведён в штат Ижевского оружейного завода. За усердную награждён орденом Св. Анны 3 ст. и орденом Св. Владимира 4 ст., знаком отличия беспорочной службы за XX лет (имеет чин надворного советника и бриллиантовый перстень за отличную службу по Военно-Медицинскому ведомству).
Когда семья Имшенецких переехала в Казань, отец определил детей в гимназию, а затем Василий, с гимназических лет увлекавшийся математикой, поступил в университет, на физико-математический факультет, слушал лекции А. Ф. Попова, П. И. Котельникова и И. А. Больцани.
Василий Имшенецкий закончил университет в 1853 г. со степенью кандидата и с золотой медалью, и был оставлен для приготовления к профессорскому званию. До 1860 г. он работал школьным учителем (это предусмотрено правилами обучения в университете за казённый счет). Сначала, с 3 февраля 1854 г. — в Нижегородском Александровском дворянском институте, а затем — в Казанской первой гимназии — преподавателем математики, библиотекарем и комнатным надзирателем 1-й казанской гимназии, с 1859 г. — ещё и преподавателем математики Казанского Родионовского Института благородных девиц. Всё это время Имшенецкий продолжал заниматься научными изысканиями; его статьи о гиперболических функциях и о трилинейных координатах («Известия Казанского университета») вскоре обратили внимание профессоров на молодого учёного.
С 24 ноября 1860 г. Имшенецкому поручено было преподавание математики в Казанском университете; а в августе 1862 года Управляющим Министерством Народного просвещения Имшенецкому было предложено отправиться за границу для приготовления себя к преподаванию чистой математики и совершенствования своих знаний. В Париже Имшенецкий слушал лекции Габриеля Ламе (1795—1870, член-корреспондент ИАН с 1829 г.)., Бертрана, Шаля, Лиувилля и Дюамеля, Серре. В Казань стажёр возвратился с готовой магистерской диссертацией, защитился и получил место доцента чистой математики. В магистерской диссертации «Об интегрировании уравнений с частными производными первого порядка» (1865 г.) Имшенецкий развивает метод Якоби интегрирования дифференциальных уравнений в частных производных первого порядка. В 1868 г. он защитил докторскую диссертацию и был избран экстраординарным профессором (это предоставило ему возможность читать новые курсы математики, которые включали результаты собственных исследований). С 1868 Советом Императорского Казанского университета утверждён в степени доктора чистой математики. С 1868 г. Имшенецкий — действительный член Общества естествоиспытателей при Императорском Казанском университете, тогда же получает чин статского советника по классу занимаемой должности; является членом комиссии для ознакомления с ходом преподавания математики и физики в Казанских гимназиях. В докторской диссертации «Исследование способов интегрирования уравнений с частными производными второго порядка функций двух независимых переменных» (1868 г.) излагает и совершенствует метод Монжа — Ампера решения уравнений в частных производных второго порядка. Обе диссертации Имшенецкого сыграли важную роль в развитии теории дифференциальных уравнений в частных производных 1-го и 2-го порядков. Кроме того, они использовались при изучении предмета студентами и преподавателями университетов. Диссертации были переизданы в 1916 г. Московским математическим обществом и рекомендованы в качестве учебных пособий. Они были переведены на французский язык в 1869 и 1872 гг. Докторская диссертация была переведена на немецкий язык (1892 г.).
В 1873 г. В. Г. Имшенецкий выехал в Харьков, где почти 8 лет преподавал в Харьковском университете и стал профессором. В декабре 1881 г. по представлению П. Л. Чебышева, В. Я. Буняковского и А. Н. Савича В. Г. Имшенецкий был избран академиком и переехал в Петербург, где его основным местом работы до конца жизни была ИСПАН (Императорская Санкт-Петербургская Академия наук). Одновременно преподавал в Технологическом институте и на Женских высших курсах. В мае 1892 г. В. Г. Имшенецкий становится профессором Санкт-Петербургского технологического института по кафедре аналитической механики, но умер, не вступив в эту должность.
В научном сообществе в это время обострилась конфронтации двух математических школ — Московской и, значительно более известной тогда в Европе, Петербургской школой П. Л. Чебышева. Основанием для этой конфронтации стали, прежде всего, идейные разногласия, определившие до известной степени математическую ориентацию обеих школ: позитивизм, либеральный демократизм и антимонархизм петербургских математиков, с одной стороны; воинствующий антипозитивизм, увлечённость идеалистической и даже религиозной философией, православные настроения и монархизм москвичей, с другой. Противостояние наложило свой отпечаток на жизнь всего российского математического сообщества вплоть до 30-х гг. XX в. Иногда оно выливалось в открытые столкновения, как это случилось, в баталиях по поводу работ 1887—1891 гг. академика В. Г. Имшенецкого. К этому времени обострилась резкая критика его работ, начатая А. А. Марковым и продолженная К. А. Поссе. Последний обратился с письмом к Московскому математическому обществу: к нему присоединились А. Н. Коркин и Д. К. Бобылёв.
19 мая 1892 г. Имшенецкий выступил на заседании Московского математического общества, а в ночь на 24 мая скоропостижно скончался от паралича сердца. Похоронен на Ваганьковском кладбище.