Родился 28 января февраля 1915 в Козлове (ныне — Мичуринск, Тамбовская область), в семье музыканта Михаила Евгеньевича и учительницы Анны Николаевны Зельдиных.

Михаил Евгеньевич Зельдин (1876—1928) был выпускником Московской консерватории, тромбонистом и дирижёром, капельмейстером духового оркестра расквартированного в Козлове 39-го Томского пехотного полка, с 1918 года — директором музыкальной школы (народной консерватории) в Козлове.Будучи выходцем из еврейской семьи, для того, чтобы получить музыкальное образование, он принял православие.В качестве дирижёра симфонического духового оркестра Языковской суконной фабрики М. Ф. Степанова М. Е. Зельдин участвовал в грамзаписи сюиты «Пер Гюнт» Эдварда Грига для фирмы «Артистотипия» в Киеве.

Мать, Анна Николаевна Зельдина (в девичестве Попова, 1884—1931), была домохозяйкой. Помимо самого младшего Владимира, в семье было ещё четверо детей — брат Юрий (Георгий, 1908—1935) и сёстры Елена (от первого брака отца), Нина, Ирина.

В Козлове семья жила в доме С. И. Попова на пересечении Лебедянской и Вознесенской улиц. Во время Гражданской войны в 1920 году Зельдины переехали в Тверь, где жила сестра отца, и где Владимир пошёл в школу. Здесь же в 1922 году его отец организовал и возглавил первый в Твери профессиональный симфонический оркестр. А с 1924 года семья стала жить в Москве. Владимир продолжил учёбу в военизированной школе на Таганке. Все дети, как и отец, были музыкально одарёнными и играли на разных инструментах. Владимир освоил трубу, рояль и скрипку, что очень пригодилось ему в жизни.

Долгое время Зельдин мечтал о балете, в 12 лет пытался поступить в Хореографическое училище Большого театра на отделение характерных танцев, но отец помешал осуществлению этой мечты, так как видел в сыне музыканта. После смерти отца его друг, дирижёр оркестра Высшей пограничной школы Ф. О. Николаевский, принял Зельдина в оркестр трубачом. Через четыре года Володю посетила новая мечта — профессия военного моряка, привлекшая своей романтикой, но в военное училище его не взяли из-за плохого зрения. После окончания школы работал учеником слесаря на заводе.

В начале 1930-х годов производственно-театральные мастерские при Театре МГСПС (который в 1938 году стал основой Театра имени Моссовета) набирали актёрский курс. Не особо веря, туда пошёл сдавать экзамены и Владимир Зельдин. Приёмную комиссию возглавляли Василий Ванин и Евсей Любимов-Ланской. На экзаменах Володя читал стихи Безыменского и рассказы Натальи Кончаловской, и неожиданно для себя был принят. Руководителем курса стал Евгений Лепковский, танец преподавали бывшая балерина Большого театра Вера Мосолова и будущий главный балетмейстер Московского театра оперетты Галина Шаховская. Вместе с Шаховской Зельдин давал уроки в танцевальных студиях. Из 25 человек курса только двое стали известными актёрами: Владимир Зельдин и Николай Парфёнов. Мастерские Владимир Михайлович окончил в 1935 году и стал актёром в этом же театре.

В 1938 году Зельдин перешёл в Театр транспорта (ныне Театр имени Н. В. Гоголя). Здесь актёр сыграл в спектаклях, поставленных по классикам мировой литературы: «Без вины виноватые» А. Н. Островского (массовка), «Комедия ошибок» Уильяма Шекспира (Антифон Сиракузский), «Коварство и любовь» Шиллера (Фердинанд).

В 1940 году ассистентка режиссёра Ивана Пырьева попала на спектакль Театра транспорта «Генеральный консул», где приметила молодого Владимира Зельдина в роли рядового Гоглидзе, позже порекомендовав его Пырьеву. В фильме Пырьева «Свинарка и пастух» он получил широкую известность после первой же большой роли в кино (Мусаиб). Снимался также в фильмах «Карнавальная ночь», «Дядя Ваня», «Женщина в белом», «Десять негритят» и многих других.

В 1942—1943 годах служил в Алма-Атинском русском драматическом театре

С 1945 года в труппе Центрального театра Советской Армии. Великолепная сценическая пластика и вокальное мастерство проявились в роли Альдемаро («Учитель танцев» Лопе де Вега). В Театре Российской Армии (ЦАТРА) играет главную роль в мюзикле «Человек из Ламанчи» (постановка Ю. Гусмана), поражая зрителей блестящей физической, актёрской и вокальной формой (спектакль был поставлен к 90-летию В. М. Зельдина в 2005 году), а также главную роль в спектакле «Танцы с учителем». Кроме того, занят в спектакле «Приглашение в замок» Ж. Ануя (постановка А. В. Бурдонского) в роли Мессершмана и в музыкальном спектакле «Давным-давно» (постановка Б. Морозова) в роли Кутузова. В Театре «Модерн» играет Князя К. в спектакле «Дядюшкин сон» Ф. М. Достоевского (постановка Б. Е. Щедрина), где его партнёршей выступает Н. М. Тенякова. 28 июня 2005 года подпись Зельдина появилась под «письмом в поддержку приговора бывшим руководителям „ЮКОСа“». Тем не менее, в интервью «Новой газете» от 30 июня 2005 года заявил: «никакого письма я подписывать не мог».

На сегодняшний день является старейшим из ныне живущих народных артистов СССР и старейшим «действующим» актёром.

Является поклонником футбольного клуба ЦСКА.

7 октября 2013 года принял участие в эстафете Олимпийского огня, проходящей в Москве, став самым возрастным факелоносцем за всю историю Олимпиад. Рекорд был побит 7 декабря этого же года в Новосибирске, когда факел пронёс 101-летний житель Александр Каптаренко.
Свой 100-летний юбилей встретил на сцене, в театре Российской армии.

Свой 101-й день рождения актер встретил на сцене родного театра, где сыграл главную роль в посвященном ему спектакле «Танцы с учителем».

Первая жена — Людмила Мартынова, прожили с 1939 по 1940 годы.

В 1940 году она уехала на Украину, последние годы жила в Ялте. Их общий сын умер в 1941 году.

Вторая жена — актриса Генриетта (Гитя) Островская (1921—1971), заслуженная артистка РСФСР (1968), снималась с мужем в фильме «Учитель танцев». Брак с первыми двумя жёнами Зельдин не регистрировал.

Третья жена (с 1964 года) — Иветта Евгеньевна Капралова (род. 1935).

Орден «За заслуги перед Отечеством» I степени (20 января 2015) — за большие заслуги в развитии отечественной культуры и искусства, телерадиовещания и многолетнюю плодотворную деятельность,

Орден «За заслуги перед Отечеством» II степени (10 февраля 2010) — за выдающиеся заслуги в развитии театрального искусства и многолетнюю творческую деятельность,

Орден «За заслуги перед Отечеством» III степени (10 февраля 2005) — за выдающиеся заслуги в развитии театрального искусства и многолетнюю творческую деятельность,

Орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени (10 февраля 2000) — за большой вклад в развитие отечественного театрального искусства,

Орден Дружбы (21 июня 1995) — за заслуги перед государством, успехи, достигнутые в труде, большой вклад в укрепление дружбы и сотрудничества между народами,

Три ордена Трудового Красного Знамени (1947, 1968, 1980),

Орден Красной Звезды,

Медаль «В память 850-летия Москвы»,

Юбилейная медаль «70 лет Победы в Великой Отечественной войне 1941—1945 гг.» (8 мая 2015),

Медаль «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941—1945 гг.»,

Медаль «В память 800-летия Москвы»,

Медаль «Ветеран труда»,

Медаль «200 лет Министерству обороны»,

Медаль Министерства обороны Российской Федерации «150 лет Западному военному округу» (2015),

Заслуженный артист РСФСР (8 апреля 1954),

Народный артист РСФСР (10 октября 1959),

Народный артист СССР (7 марта 1975),

Премия Правительства Российской Федерации в области культуры (2008 год) — за спектакль «Человек из Ламанчи»,

Сталинская премия второй степени (1951 год) — за исполнение роли Д. Н. Сенявина в спектакле «Флаг адмирала» А. П. Штейна,

Премия фестиваля «Кинотавр» — в номинации «Премия президентского совета за творческую карьеру» (1995),

Премия Фонда Станиславского (1995),

Премия «Кумир» в номинации «За высокое служение искусству» (2000),

Театральная премия «Хрустальная Турандот» (2001 — «За долголетнее и доблестное служение театру», 2005 — «Лучшая мужская роль» — Дон Кихот в спектакле «Человек из Ламанчи», ЦАТРА),

Благодарность «За выдающиеся творческие достижения в сфере музыкального театра» Национального фестиваля «Музыкальное сердце театра»» (2006),

Национальная премия «Россиянин года» (2007),

Лауреат премии «Звезда Театрала» в номинации «Легенды сцены» (2008),

Премия Правительства Российской Федерации в области культуры (2008 год) — за спектакль «Человек из Ламанчи»,

Премия мэра Москвы в области литературы и искусства,

Приз «За честь и достоинство» Национальной театральной премии «Золотая маска» (2010),

Кинопремия «Ника» в номинации «Честь и достоинство» (2013),

Академик Российской академии кинематографических искусств «Ника»,

Орден «За заслуги в ветеранском движении» (11.12.2014, высшая награда Союза ветеранов России),

Премия Союзного государства (2014),

Почётный гражданин Тамбовской области (2015).

На Крымской набережной в эстафете участвовал народный артист СССР Владимир Зельдин, которому 10 февраля, во время Игр в Сочи исполнится 99 лет.
Старейший актер Театра Российской Армии признался, что участие в эстафете стало для него большим сюрпризом, но в целом он считает, что у артистов много общего со спортсменами.
Зельдин сообщил, что является большим поклонником спорта и выразил надежду на то, что впереди у российских спортсменов много достижений.