Его биография была похожа на любую биографию парней того поколения: едва получив аттестат, отправился на фронт. Сын актера Александр Самойлов в интервью вспоминал: «О войне отец рассказывать не любил. Если я начинал приставать с расспросами, отмахивался: «Воевал, как все. Вон в шкафу книги стоят — Быков, Горбатов. Интересуешься — почитай».
В семье знали лишь, что Самойлов служил автоматчиком, а затем минометчиком, артиллеристом. Сын актера говорил, что во время перехода от Вислы до Одера (а это 500 километров) Самойлов тащил на себе опорную плиту от миномета. В битве за Бреслау (ныне — польский Вроцлав) будущая звезда советского кино получил контузию и тяжелое ранение осколком в ногу. Рана была столь серьезной, что врачи хотели ампутировать ногу. Но Самойлов не согласился. Подгоняемый ужасом лишиться ноги, Владимир доковылял на костылях до Волги, скинул с ноги бинты и засунул её в прорубь. Крича от холода и боли, он простоял так долгое время. Когда наутро врач осмотрел рану, то был поражен: воспаление прекратилось и об ампутации речь больше не шла. Но хромал потом Самойлов всю жизнь.
Когда корреспонденты из центральных изданий спрашивали актера о войне, он отвечал коротко: «Подвигов не совершал, но и спину фашистам не показывал».
В кино Самойлов начал играть с 1959 года. Но, хотя в его фильмографии более 100 персонажей, для большинства зрителей он всё равно навсегда останется красавцем героем-красноармейцем в музыкальной комедии Андрея Тутышкина «Свадьба в Малиновке». Во многом, безусловно, фильм был обязан успехом исполнителю главного героя — Назара Думы, командира отряда красных кавалеристов, мужа Софьи, отца Яринки, явившегося бороться с врагами Красной армии под видом белогвардейского офицера — уполномоченного барона Врангеля.
Мало кто знает, что съемки фильма в какой-то момент оказались под угрозой срыва. Съемочная группа расположилась в городке Лубны под Полтавой. Актеров поселили в мазанки. «Самую большую сразу по приезде облюбовали для себя Самойлов, Абрикосов, Сличенко и Пуговкин, — рассказывал в интервью сын Самойлова. — Поскольку Михаил Иванович был единственным непьющим в этой компании (угораздило же в очередной раз завязать прямо накануне съемок!), то вскоре к актерам подселился второй режиссер, абсолютный трезвенник. Для контроля над ситуацией. Только ничего у него не вышло». Ежевечерние «процессы расслабления» не прекращались.
Второй режиссер пробовал разогнать компанию, но все его увещевания были бесполезны. «В конце концов, расписавшись в своем бессилии, он позвонил маме: «Надежда Федоровна, нужно спасать картину! У вас сейчас отпуск в театре — пожалуйста, приезжайте!», — говорил в интервью сын Самойлова. В то время Надежда работала актрисой в Горьковском областном театре.
Через пару дней жена и сын Самойлова приехали в Лубны. «Вечерним пьянкам-гулянкам положили конец, но каждое утро Самойлов и компания возвращались с зарядки и водных процедур (умывальник по деревенской традиции висел во дворе) изрядно навеселе», — рассказывал сын актера.
Как выяснилось позже, в огромную кадку, в которой, по идее, должна была быть вода для умывания, хитрые артисты налили самогонки…
Когда жена Самойлова это обнаружила, «источник» уничтожили и съемки благополучно продолжились. Выйдя на экраны в 1967 году, картина «Свадьба в Малиновке» заняла второе место в прокате. Героями Владимира Самойлова и позже часто были люди в погонах: «Воздушные пираты», «Серые волки», «Выстрел в спину», «Фронт за линией фронта», «Солдаты свободы». Причем зрители любили его как в ролях генералов, так и в образе отпетых уголовников — например, его рецидивист Кудрявый в криминальной драме «Расследование» разбил не одно женское сердце.
Владимир Самойлов в 1990-е годы очень переживал из-за провала в российском кинематографе. Поэтому хватался за любую работу, чтобы содержать семью. Несмотря на возраст и усталость, активно репетировал короля Лира в Московском драматическом театре им. Н. Гоголя, где служил 7 последних лет жизни. Трагедию о короле Лире и его дочерях Самойлов считал своим счастливым билетом — еще бы, играть на склоне лет в пьесе Шекспира! Параллельно снимался в фильме «Рейнджер из атомной зоны»… Умер он от перенапряжения. Сердце 75-летнего мэтра прекратило стучать в 1999 году, именно во время репетиции «Короля Лира». Похоронен Народный артист СССР на Ваганьковском кладбище.