В 1943 году окончил семилетку и поступил в 1-ю Московскую спецшколу ВВС, стремясь стать лётчиком. Спецшколу окончил в июле 1945 года, когда война уже закончилась. После окончания школы ВВС стал курсантом Соловской авиационной школы первоначального обучения, а в сентябре того же года — курсантом Борисоглебского Военного авиационного училища лётчиков.
В июле 1946 года был переведён в Батайское военное авиационное училище имени Анатолия Серова, после окончания которого в 1949 году начал службу военным лётчиком-истребителем в авиационном полку истребительной авиационной дивизии ВВС Северокавказского военного округа, базировавшегося в Грозном. Там он познакомился со школьной учительницей Валентиной, которая вскоре стала его женой.
В 1959 году успешно окончил 1 факультет Военно-воздушной академии имени Н. Е. Жуковского и был распределён в Государственный Краснознамённый НИИ ВВС, где занимался испытаниями новых образцов авиационной техники. Именно здесь, в ГКНИИ ВВС, комиссия по отбору в первый отряд космонавтов предложила Владимиру Комарову новую секретную испытательную работу, и в 1960 году он был зачислен в отряд космонавтов (самый первый набор, группа ВВС №1).
В апреле 1961 года общекосмическая подготовка была завершена, и Комаров начал подготовку к полёту на космических кораблях «Восток» и «Восход».
Свой первый космический полёт Владимир Комаров совершил 12 октября — 13 октября 1964 года на борту космического корабля «Восход» вместе с космонавтами Константином Феоктистовым и Борисом Егоровым. Это был первый в мире многоместный космический корабль. Впервые в составе экипажа были не только лётчик, но также инженер и врач. Впервые в истории экипаж совершал полёт без скафандров. Впервые была применена система мягкой посадки. Позывной «Рубин» сутки звучал с орбиты. Итоговая длительность полёта составила одни сутки 17 минут, за это время корабль 16 раз облетел земной шар. Основной задачей полёта было обеспечение приоритета СССР в полётах в космос экипажа из нескольких космонавтов. За успешное выполнение полёта Владимиру Комарову было присвоено звание Героя Советского Союза, вручён орден Ленина и Медаль «Золотая Звезда». Вскоре ему присвоили квалификацию «Космонавт 3-го класса», а 23 января 1965 года его назначили инструктором-космонавтом в группу космонавтов, готовившихся по программам Министерства обороны.
Несмотря на небольшую продолжительность полёта, космонавты стартовали при Хрущёве, а докладывали о результатах полёта уже Брежневу, поскольку на следующий день после их посадки Хрущёв был смещён (Октябрьский пленум 1964 года).
В сентябре 1965 года он был включён в группу подготовки к полёту по программе «Союз». В августе 1966 года было принято решение, что Владимир Комаров будет пилотировать «Союз-1». Его дублёром назначили Юрия Гагарина (вполне возможно, что будь жив Королёв, было бы наоборот, поскольку генеральный конструктор обещал Гагарину второй полёт на новом корабле). Этот полёт 23 апреля — 24 апреля 1967 года оказался роковым: Владимир Комаров погиб при завершении программы полёта, когда во время спуска на Землю не вышел основной парашют спускаемого аппарата. Стропы запасного парашюта скрутились из-за вращения спускаемого аппарата. На большой скорости спускаемый аппарат врезался в землю в пустынной местности в Адамовском районе Оренбургской области и загорелся. Бортовой журнал и магнитофон сгорели. Обугленные человеческие останки в дымящихся руинах распознали далеко не сразу.
В день катастрофы по распоряжению Брежнева СМИ хранили полное молчание, будто и не было никакого полёта. В заявлении ТАСС, опубликованном лишь на следующий день, говорилось:
На месте гибели сооружён памятный комплекс.
За героизм, мужество и отвагу, проявленные при осуществлении полёта, награждён второй медалью «Золотая Звезда» (посмертно). Международный комитет по аэронавтике и космическим полётам отметил подвиг космонавта орденом «Роза ветров» с бриллиантами. Прах Владимира Комарова помещён в урне в Кремлёвской стене на Красной площади в Москве 26 апреля. Но официальная могила - вторая. После того, как госкомиссия увезла в Москву останки, продолжавшие работать на месте специалисты нашли ещё несколько фрагментов тела. Не связываясь с официальными инстанциями, они на следующий день после трагедии, то есть накануне официальных похорон, захоронили найденные фрагменты прямо на месте гибели Комарова в степи под Орском.
В 2006 году снят фильм «Космос. Первая кровь», основанный на документальных фактах об этом космическом полёте. Авторы фильма провели собственное расследование катастрофы. Впервые в фильме прозвучит полная звукозапись переговоров Владимира Комарова с Землей перед трагическим спуском. Ранее эту запись слышали лишь несколько специалистов.
Именем Владимира Комарова названы:
Улицы в Астрахани, Байконуре, Балаково, Волоколамске, Воронеже, Дедовске, Днепропетровске, Долгопрудном, Запорожье, Ишимбае, Казани, Калуге, Керчи, Киеве, Кировограде, Коростене, Краснокамске, Красноярске, Курске, Луганске, Львове, Магнитогорске, Мытищах, Набережных Челнах, Нижнем Новгороде, Новотроицке, Одессе, Омске, Орске, Ростове-на-Дону, Твери, Туймазах,Умани, Уфе, Франкфурт-на-Одере, Челябинске, Череповце, Черновцах, Щёлково, Саранске , Сызрани, и Сыктывкаре, а также площадь в Москве.
Отец — Комаров Михаил Яковлевич (1901 г.р.), участник ВОВ.
Мать — Сигалаева Ксения Игнатьевна (1895 — 30.05.1949).
Сестра по матери — Сигалаева Матильда Алексеевна, 1915 г.р.
Жена — Комарова (Киселева) Валентина Яковлевна (1929 — 25.08.1995), историк-филолог, библиотекарь.
Сын — Комаров Евгений Владимирович, 1951 г.р.
Дочь — Комарова Ирина Владимировна, 10.12.1958, военнослужащая запаса (майор).