Вячеслав Тихонов родился 8 февраля 1928 года в городе Павловский Посад (ныне Московской области). Отец Вячеслава Васильевича, Василий Романович, работал механиком на ткацкой фабрике, мать, Валентина Вячеславовна, была воспитателем в детском саду.
С началом Великой Отечественной войны, в 1941 году, в школе, где учился Тихонов, разместился военный госпиталь. Вячеслав в возрасте 13 лет пошёл в ремесленное училище, где учился на токаря. После этого поступил на военный завод, где работал по полученной специальности. Вечерами после работы он ходил с друзьями в кинотеатр «Вулкан» смотреть героические картины. Любимые герои: Чапаев — Б. А. Бабочкин, Александр Невский — Н. К. Черкасов, М. И. Жаров и П. М. Алейников.
Тихонов втайне от родителей мечтал о карьере киноактёра, а родители видели в нём инженера или агронома. В 1944 году Вячеслав поступил на нулевой курс Автомеханического института. В 1945 году он попытался поступить во ВГИК. Сначала его не приняли туда, но уже после завершения вступительных экзаменов профессор ВГИКа Б. В. Бибиков зачислил Тихонова к себе на курс. В годы учёбы во ВГИКе состоялся его актёрский дебют в фильме Сергея Герасимова «Молодая гвардия», где он сыграл роль Володи Осьмухина.
Во время учёбы во ВГИКе Вячеслав женился на Н. В. Мордюковой. В 1950 году Вячеслав Васильевич с отличием окончил ВГИК, мастерскую Б. В. Бибикова и О. И. Пыжовой, и поступил работать в театр-студию киноактёра.
Творческий импульс Тихонову дал фильм «Молодая гвардия». Вячеслав Васильевич, в отличие от большинства актёров-молодогвардейцев, после 1948 года почти 10 лет не получал в кино интересных ролей[источник не указан 454 дня]. Режиссёры использовали главным образом его внешние данные, не стремясь выявить актёрский потенциал[источник не указан 454 дня]. За эти годы Вячеслав Васильевич успел заявить о своём даровании в театре, сыграв Медведя в спектакле «Обыкновенное чудо», поставленном Э. П. Гариным в театре-студии киноактёра.
В 1957 году Вячеслав Тихонов, становится актёром ЦКДЮФ имени М. Горького. В этом же году на киноэкраны вышел фильм С. И. Ростоцкого «Дело было в Пенькове». Вячеслав Тихонов сыграл роль тракториста Матвея Морозова. Эта роль принесла актёру зрительское признание.
В фильме режиссёра Виктора Ивченко «Ч.П. — Чрезвычайное происшествие» актёр сыграл одесского матроса Виктора Райского, весёлого и бесшабашного парня, который становится настоящим героем в стане захвативших танкер чанкайшистов.
После этих кинокартин в Вячеслава Тихонова поверили режиссёры, и за короткий срок ему был предложен ряд значительных, разноплановых ролей в фильмах: Станислава Ростоцкого «Майские звёзды» (1959) и «На семи ветрах» (1962), Е. И. Ташкова — «Жажда» (1959), М. А. Швейцера — «Мичман Панин» (1960), Л. Д. Лукова — «Две жизни» (1961), С. И. Самсонова — «Оптимистическая трагедия» (1963). В фильме «Жажда» Тихонов впервые примерил форму немецкого офицера и роль советского разведчика — он играл разведчика, заброшенного в немецкий тыл во время войны.
Во второй половине 1960-х годов Вячеслав Васильевич сделал большой шаг к вершинам актёрского мастерства — была сыграна роль Андрея Болконского в эпопее С. Ф. Бондарчука «Война и мир». Роль потребовала от актёра полной самоотдачи, и Тихонов, подобно всем участникам съёмок, работал с неимоверным напряжением сил.
Затем Вячеслав Васильевич блестяще сыграл учителя Мельникова в фильме С. И. Ростоцкого «Доживём до понедельника».
В телесериале Т. М. Лиозновой «Семнадцать мгновений весны» Тихонов сыграл самую известную свою роль — разведчика Исаева-Штирлица. Актёрская удача Тихонова принесла ему невиданную популярность. Похожую роль сотрудника советских спецслужб Вячеслав исполнил в телесериале «ТАСС уполномочен заявить…» по роману того же Ю. С. Семёнова, окончательно укрепив свой образ образцового «советского разведчика».
В 1977 году Вячеслав Тихонов снялся в главной роли в фильме С. И. Ростоцкого «Белый Бим Чёрное ухо».
В 1978 году Вячеслав Васильевич в первый и единственный раз снялся в комедийном фильме «По улицам комод водили» режиссёра М. С. Генина, где сыграл роль хозяина комода.
В. В. Тихонову было доверено читать на телевидении произведения Л. И. Брежнева, окончание книги «Воспоминания» он читал в траурные дни прощания с умершим Генсеком.
Последней его киноролью стала роль в фильме «Утомлённые солнцем-2».