Художник Василий Поленов родился в июне 1844 года в Петербурге, в многодетной дворянской семье. Его отец, Дмитрий Васильевич Поленов, был известным в столице археологом и библиографом, секретарём Русского археологического общества, который увлекался искусством, изучал летописи и историю.

Мама художника, Мария Александровна (урождённая Воейкова), была детским писателем, занималась живописью.

В детстве будущий художник много времени проводил в имении своей бабушки В.Н. Воейковой, дочери известного архитектора Николая Львова. Вера Николаевна, после ранней смерти родителей, воспитывалась в доме Гаврилы Державина, хорошо разбиралась в русской истории, знала народную поэзию, сказки и русские былины. Бабушка много времени уделяла внукам, поощряла их увлечение живописью, устраивала для детей творческие конкурсы, в которых победитель, как в Академии, награждался медалью.

Для наиболее одарённых детей (старшего Василия и младшей Елены) были наняты педагоги по живописи из числа студентов Академии художеств. Так в доме Поленовых появился П.П. Чистяков, встреча с которым стала действительно судьбоносной для Василия Поленова.

С 1861 по 1863 годы Поленов учился в Олонецкой губернской мужской гимназии, которая располагалась в городе Петрозаводске. После окончания гимназии Василий, вместе со своим братом Алексеем, поступил в Петербургский университет на физико-математический факультет. А после лекций, как вольноприходящий ученик, посещал лекции в Академии Художеств. А ещё изучал анатомию, посещал уроки по строительному искусству, изучал начертательную геометрию и историю изящных искусств, пел в студенческом хоре и даже сочинял музыкальные произведения.

Вскоре Василий Поленов оставил университет и стал постоянным учеником натурного класса Академии Художеств. В 1867 году молодой художник окончил курс в Академии Художеств с серебряными медалями за рисунки и этюд, принял участие в конкурсе на золотую медаль по классу исторической живописи.

В январе 1868 года Поленов вернулся в университет, но уже на юридический факультет, защитил, в 1871 году, диссертацию по теме «О значении искусства в его применении к ремёслам».

В 1869 году картине «Иов и его друзья» была присуждена малая золотая медаль.

В 1871 году за конкурсную работу «Христос воскрешает дочь Иаира», Василий Поленов был награждён большой золотой медалью и в 1872 году, как пенсионер академии, отправился на шесть лет в заграничную поездку по странам Европы.

Художник посетил Мюнхен и Вену, Флоренцию, Неаполь и Венецию, некоторое время жил и работал в Париже, где кроме прочего написал полотно «Арест графини д’Этремон» — за эту работу в 1876 году Поленову будет присвоено звание академика.

Написанная в Германии картина «Право господина» будет продана Павлу Третьякову за очень большие деньги – меценат был настолько поражён полотном, что купил его не торгуясь.

В 1874 году Василий Дмитриевич, по приглашению И.Е. Репина, приезжает в курортное местечко Вёль (Нормандия), где пишет знаменитые картины «Нормандский берег» и «Рыбацкая лодка. Этрета. Нормандия».

Италия представляется мне не такой, как принято ее изображать. Желто-красных тонов я как-то мало вижу, разве при закате, а мне представляются скорее серебристо-оливковые, то есть серые.

Это впечатление от Италии художник показал в картине «Итальянский пейзаж с крестьянином».

За два года до окончания срока заграничной поездки Поленов начал хлопотать о досрочном возвращении на родину.

Пользу она [заграничная поездка] мне принесла во многих отношениях, главное, в том, что все, что до сих пор я делал, не то, все это надо бросить и начать снова-здорово. Тут я пробовал и перепробовал все роды живописи: историческую, жанр, пейзаж, марину, портрет головы, образа животных, nature morte и т. д. и пришел к заключению, что мой талант всего ближе к пейзажному, бытовому жанру, которым я и займусь.

В 1876 году художник возвращается в Россию и вскоре оказывается на русско-турецкой войне в качестве официального художника при главной квартире наследника-цесаревича (будущего Всероссийского императора Александра III). Василий Дмитриевич создаёт целую серию иллюстраций о жизни армии на войне для журнала «Пчела». А вот батальных полотен писать не стал.

В своём письме к русской певице Марье Климентовой-Муромцевой художник так объясняет своё душевное состояние:

Сюжеты человеческого изуродования и смерти слишком сильны в натуре, чтобы быть передаваемы на полотне, по крайней мере, я чувствую еще в себе какой-то недочет, не выходит у меня того, что есть в действительности, там оно так ужасно и так просто.

Вернувшись с войны Поленов увлечённо работает в области театрально-декоративной живописи, с 1882 года становится преподавателем в Московском училище живописи, ваяния и зодчества, где его учениками становятся И.И. Левитан, И.С. Остроухов, К.А. Коровин, А.Е. Архипов, А.Я. Головин, Е.М. Татевосян и ещё целый ряд впоследствии ставших знаменитыми художников.

В 1878 году, на VI Передвижную выставку, Поленов представил свою картину «Московский дворик», которая была написана с натуры в одном из арбатских переулков. Успех картины был оглушительным и совершенно неожиданным для автора, которого с этого момента нарекли родоначальником нового жанра в живописи – интимного пейзажа.

Самому Поленову «Московский дворик» не нравился и он в сопроводительном к картине письме писал:

К сожалению, я не имел времени сделать более значительной вещи, а мне хотелось выступить на передвижную выставку с чем-нибудь порядочным, надеюсь в будущем заработать потерянное для искусства время.

В 1879 году художник становится членом «Товарищества передвижных художественных выставок».

После «Московского дворика» художник приобретает славу мастера эпического пейзажа и слава эта только растёт после работ, которые были написаны в результате путешествия по Оке и по Ближнему Востоку, по местам связанным с колыбелью христианства.

Из поездки по святым местам Поленов привозит картину «Христос и грешница», а также и другие картины, которые написаны в совершенно новой для живописца манере.

В 1888 году художник представляет публике картину «На Тивериадском (Генисареретском) озере».

В 1890 году на деньги вырученные от продажи картины «Христос и грешница» Поленов приобретает небольшое имение на берегу Оки в Тульской губернии, строит по собственному проекту дом с художественной мастерской и называет своё имение «Борок». В этом имении художник много работает, даёт уроки для детей из окрестных сёл. А ещё строит народный театр и церковь в ближайшем селе Бёхове.

В 1899 году Василий Дмитриевич отправляется в новое путешествие на Ближний Восток с целью собрать материал для задуманной художником грандиозной серии «Из жизни Христа».  В 1909 году картины, написанные в результате этой поездки, были представлены публике и выставка имела грандиозный успех.

После Октябрьской революции Василий Поленов продолжает просветительскую деятельность: работает с крестьянской молодёжью, создаёт театральные кружки, преподаёт детям основы живописи. При этом находит время и для творчества – в 1919 году была окончена картина «Разлив на Оке», которая впоследствии будет названа лучшей в позднем творчестве Поленова.

В 1924 году в Третьяковской галерее была организована персональная выставка Поленова в честь 80-летия живописца, а в 1926 году Василию Дмитриевичу было присвоено звание Народного художника РСФСР.

В июле 1927 года Василий Дмитриевич Поленов скончался в своей усадьбе «Борок» и был похоронен на сельском кладбище в селе Бёхово на крутом берегу Оки.