Родился в Нижнем Новгороде (ныне Горький) в семье священника. В 1887 г. окончил Харьковский университет, где был учеником знаменитого впоследствии русского математика А. М. Ляпунова. Потом работал в нем, а с 1906 г.— в Петербургском (Ленинградском) университете. Научной деятельностью стал за-ниматься еще студентом. В 1894 г. защитил магистерскую диссертацию. Профессор (1896 г.), доктор чистой математики (1902 г.), член-корреспондент (1903 г.), а затем— академик Петербургской АН (1912 г.). В 1925 г. избран академиком АН УССР. Основные труды относятся к математической физике и теории дифференциальных уравнений. Главное направление исследований ученого в математической физике — задачи о распространении тепла, равновесии вращающейся массы, электростатики и др.
Занимался вопросами о разложении функций в ряды по наперед заданным ортогональным системам функций, которые непосредственно связаны с приложением метода Фурье к решению краевых задач. В основе достигнутых результатов лежит понятие замкнутости системы ортогональных функций, отчетливо введенное и теоретически использованное впервые. Теперь оно является одним из главных в теории функций. Кроме того, при изучении вопросов разложений впервые ввел особый метод сглаживания функций, который затем получил большое развитие (так называемые функции Стеклова).
Провел важные исследования по теории дифференциальных уравнений, математическому анализу, теории упругости и гидромеханике.
За 40 лет творческой деятельности опубликовал около 150 работ по указанным выше отраслям. Основатель школы математической физики в нашей стране и один из блестящих представителей так называемой Петербургской математической школы, созданной великим русским математиком П. Л. Чебышевым.
Вел большую научно-организаторскую и общественную деятельность. С первых дней после победы Великой Октябрьской социалистической революции отдавал все свои силы и знания делу развития науки в молодой Советской республике. В дальнейшем много внимания уделял организаторской и административно-хозяйственной деятельности. Под его руководством была налажена сеть сейсмологических станций, печатанье книг и научных журналов, приобреталась литература за границей; организовал Физико-математический институт при АН СССР (впоследствии разделился на три научных учреждения, одно из которых, Математический институт, носит имя В. А. Стеклова). За большие заслуги в развитии отечественной математики этот институт награжден орденом Ленина.
Был членом Комитета наук при Совнаркоме, членом комиссии по изучению производительных сил страны при Госплане. Уместно привести один эпизод из воспоминаний М.Горького о В. И. Ленине, где упоминается о В. А. Стеклове. «Помню, я был у него (Ленина) с тремя членами Академии наук. Шел разговор о необходимости реорганизации одного из высших научных учреждений Петербурга. Проводив ученых, Ленин удовлетворенно сказал: Это я понимаю. Это — умники. Все у них просто, все сформулировано строго, сразу видишь, что люди знают, чего хотят. С такими работать — одно удовольствие. Особенно понравился мне этот.
—- Спросите С. (разговор шел о Стеклове), пойдет он работать с нами? — И когда С. принял предложение, это искренне обрадовало Ленина, потирая руки, он пошутил:
Вот так, одного за другим, мы перетянем всех русских и европейских Архимедов, тогда мир, хочет не хочет, а перевернется» (см.: Б. Гнеденко. Очерки по историй математики в России. М.Л., 1946, с. 162).
В 1924 г. избран почетным доктором университета в Торонто (Канада). Именем В. А. Стеклова в 1966 г. комиссия АН СССР назвала серое пятно на обратной стороне Луны.