Окончил Сретенское (Тушинское) училище. В 1906 году окончил Московское училище живописи, ваяния и зодчества со званием классного художника архитектуры. С 1907 года работал сверхштатным техником Строительного отдела Московского городского правления. До 1917 года работал помощником архитектора 5-го отделения Московской городской управы.
В. И. Мотылёв имел собственную мастерскую, размещавшуюся на Большой Дмитровке, 9. Архитектурная мастерская изготавливала проекты, чертежи, сметы, осуществляла подряды на строительство. В составе мастерской существовал самостоятельный отдел, занимавшийся применением железобетона, отоплением и вентиляцией зданий.
Судьба В. И. Мотылёва после 1937 года неизвестна.
Постройки
- Особняк Вильштрем (1906, Москва, Последний переулок, 12), разобран в 1912 году
- Доходный дом М. Васильева в стиле рационального модерна (1910, Москва, Улица Щипок, 20)
- Доходный дом Л. М. Матвеевского (строил Ф. Н. Кольбе) (1910, Москва, Пречистенка, 38-40)
- Перестройка Особняка М. Г. Понизовского (1910—1914, Москва, Поварская улица, 42)
- Перестройка особняка В. В. Назаревского (1914—1916, Москва, Капельский переулок, 8 — Проспект Мира, 49а)
- Церковь Спаса Нерукотворного Образа по рисункам художника С. И. Вашкова (1915—1916, Московская область, г. Пушкино, мкрн. Клязьма, ул. Лермонтова, 20)
- Застройка территории между улицами Суворовской и Девятой роты 5-этажными жилыми домами (1926, Москва)
- Реконструкция жилой застройки домовладения (1937, Москва, Большая Якиманка, 22-24)