В. И. Модестов высшее образование получил в Главном педагогическом институте, а затем закончил Санкт-Петербургский университет. Получив степень магистра, преподавал в 1864—1867 годах в Новороссийском университете (Одесса) и в Казанском университете (в 1867—1868 гг.). Получив степень доктора исторических наук, работает в Киеве, где параллельно читает лекции в местном университете и в Киевской духовной академии. В 1878—1879 годах — профессор в Петербургской духовной академии, в 1886—1889 — в Петербургском университете. В 1889—1893 — профессор Новороссийского университета, затем уезжает в Италию, посвятив себя изучению местной истории и археологической деятельности.
Научные работы В. И. Модестова, в значительной степени основанные на археологических данных Древней Италии, имели большое значение при исследовании материальной культуры народов, населявших Апеннинский полуостров начиная с палеолита; особое внимание учёного также занимали история этрусков и мессапов, проблемы возникновения латинской письменности (в частности, учёный доказал, что она имеет ещё доримское происхождение), история Римского государства и культуры.
В. И. Модестов обладал незаурядным публицистическим дарованием, много и охотно сотрудничал с журналами «Исторический вестник», «Голос», «Новь», «Филологическое обозрение», и др., написав для них ряд статей по вопросам литературы, политики и философии; был также автором статей по римской истории и культуре в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона. Учёный написал также несколько книг и статей по современной ему политике и общественной жизни некоторых стран Западной Европы (Италии, Германии, Франции). Переводил также на русский язык сочинения Тацита, Горация, Спинозы.
«Введение в римскую историю» (ч.1-2, Санкт-Петербург 1902—1909)
«Тацит и его сочинения. Историко-литературное исследование» (СПб 1864)
«Римская письменность в период царей», Казань 1868.