Владимир Татлин родился 28 декабря (16 по старому стилю) 1885 года в Москве. Когда Владимиру было 4 года, умерла его мама. Его отец Евграф Татлин нашёл новую жену, и с ней и сыном переехал в Харьков. Он окончил три класса Харьковского реального училища, где рисунок преподавал Д.И. Бесперчий. Соучеником Владимира был А.В. Шевченко. В 13 лет Владимир сбежал из дома, нанявшись юнгой на пароход, идущий в Стамбул. В 1902 году Владимир вернулся в Москву. Ради заработка писал иконы с Д. Левенцом и М. Харченко, которые помогли ему подготовиться к экзаменам в училище.
В 1902 году Владимир поступил в Московское училище живописи, ваяния и зодчества (МУЖВиЗ), где учился у К.А. Коровина и В.А. Серова. Курс обучения он не окончил. В 1903 году Владимир был отчислен за хамство и, что важнее, за неуспеваемость. В 1904 году он поступил в Пензенское художественное училище им. Н. Селивёрстова, занимался у И.С. Горюшкина-Сорокопудова и А.Ф. Афанасьева. В 1909 году возобновил обучение в МУЖВиЗ, где познакомился с братьями Бурлюками, М.Ф. Ларионовым, братьями Весниными и другими художниками-авангардистами.
В 1904 и 1908 году Владимир совершил несколько морских путешествий в средиземноморские страны, в частности Египет. В начале 1910-х годов Татлин участвовал в деятельности объединений «Мир искусства» (1913), «Союз молодёжи», «Бубновый валет» (1913) и «Ослиный хвост» (1912). Он создал иллюстрации к книге В.В. Хлебникова «Мирсконца». Татлин делает иллюстрацию к «Вывескам» В.В. Маяковского. В 1913 году он побывал в Берлине и Париже, где познакомился с П. Пикассо. Вернувшись в Москву Татлин начал работать над контррельефами. Создал эскизы костюмов и декораций к опере М.И. Глинки «Жизнь за царя».
После Октябрьской революции Татлин работал над оформлением интерьера кафе «Питтореск» в Москве. В 1918 году он стал заведующим художественной коллегией отдела ИЗО Наркомпроса. В Комиссии по охране памятников искусства и старины Татлин поддерживает организацию музейного отдела. В 1918–1920 годах он преподавал в Государственных свободных художественных мастерских в Москве, в 1919–1924 годах – профессор Петроградских свободных мастерских. В 1921–1925 годах он был заведующим отделом в Музее художественной культуры. С 1925 года преподавал в петроградском Гинхуке, в 1925–1927 годах – профессор Киевского художественного института, в 1927–1930 годах – профессор Высшего художественно-технического института в Москве. С 1919 года он работал над памятником III Интернационалу. В 1923 как режиссёр, сценограф и актёр Татлин осуществил постановку поэмы В.В. Хлебникова «Зангези». В 1924–1930 годах он работал над проектом планера, приводимого в движение человеком («Летатлин»). В 1931 году Татлину присвоили звание Заслуженного художника РСФСР. В 1931–1933 годах он возглавлял Научно-исследовательскую лабораторию пластических искусств в Москве. В 1930-е и 1940-е годы Татлин работал в основном как книжный иллюстратор и театральный художник, однако общественность его запомнила в первую очередь как идеолога конструктивизма, как художественного так и архитектурного. Из произведений Татлина наиболее знамениты многочисленные абстрактные композиции и инсталляции. Его творчество – целое явление, нашедшее своё отражение в самых разных областях искусства. Он является создателем конструктивизма в России. Сложно определить в каком из направлений деятельности Татлин проявил себя сильнее всего, но везде он выступал как новатор. И в рисунке, и в архитектурных проектах, и в контррельефах он выявлял конструктивную основу построения композиции. Взаимодействие конструкции и движения является стилеобразующей основой в его творчестве. В станковой живописи и графике черты конструктивизма сочетались с внимательным изучением опыта кубистов и пластического языка русской иконописи.
Владимир Татлин представил свои работы в «Салоне 2», организованном В.А. Издебским в Одессе (1911). В 1912 он участвует в выставке «Ослиный хвост» в Москве. В декабре 1914 года – в выставках «Художники Москвы – жертвам войны» и «Художники – семьям призванных». В 1915 году он представил свои рельефы и контррельефы на выставке «Трамвай В» в Петрограде. В 1915–1916 годах Татлин участвует в петроградской выставке «0, 10», организует выставку «Магазин» в Москве. В 1920 году он демонстрировал модель памятника III Интернационалу в Петербурге и Москве, в 1925 году – на Международной выставке в Париже, где был удостоен золотой медали.
Работы Владимира Татлина находятся в собраниях Государственной Третьяковской галереи, Государственном музее изобразительных искусств им. А.С. Пушкина, Государственном Русском музее, Российском государственном архиве литературы и искусства, Государственном центральном театральном музее им. А.А. Бахрушина, Государственном научно-исследовательском музее архитектуры им. А.В. Щусева, Саратовском государственном художественном музее им. А.Н. Радищева и в частных коллекциях.
Владимир Татлин скончался 31 мая 1953 года в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.
