Родился 19 февраля 1931 года в Харькове, в семье учителей русского языка и литературы Николая Степановича Волосевича и Марии Оскаровны Зейфман, которые вскоре развелись; воспитывался матерью. Мать на протяжении многих лет внештатно сотрудничала в пушкинской районной газете «Вперёд», где вела субботнюю рубрику «Кузьма Припаркин — репортёр».
В 1953 году окончил юридический факультет Ленинградского университета. В 1954 году выступил как литературный критик, в 1956-1959 годах был редактором отдела прозы в журнале «Новый мир».
В 1964 году принял участие в написании коллективного детективного романа «Смеётся тот, кто смеётся», опубликованного в газете «Неделя».
В мае 1967-го обратился к съезду Союза писателей с открытым письмом, требуя свободы творчества и публичного обсуждения письма Солженицына против цензуры.
В 1975 году на Западе оказалась рукопись его повести «Верный Руслан», написанной в 1963-1965 годах. После исключения из Союза писателей СССР в 1977 году публиковался за рубежом, в изданиях НТС («Посев», «Грани»), руководил московской секцией организации «Международная амнистия».
Под угрозой судебного процесса в 1983 году выехал в ФРГ. С 1984 по 1986 год был главным редактором журнала «Грани». Жил и работал в Нидернхаузене.
В период перестройки, начиная с 1989 года, произведения Владимова стали появляться в советских изданиях.
В 1990 году был восстановлен в советском гражданстве, в 2000 году поселился в писательском посёлке Переделкино.
С 1999 года - член комиссии по помилованию при президенте РФ.
В 2003 году был среди деятелей культуры и науки, призвавших российские власти остановить войну в Чечне и перейти к переговорному процессу.
Был женат на Наталье Кузнецовой, которая публиковала статьи, в частности в парижской газете« Русская мысль». После её смерти он собрал её статьи и издал отдельной книгой.
В конце жизни один крупный бизнесмен, поклонник его творчества (Борис Гольдман), издал собрание сочинений писателя и помогал финансово ему. Он же обеспечил перевоз праха писателя на родину и похороны в Переделкине.
Умер 19 октября 2003 года во Франкфурте-на-Майне (Германия). Похоронен на Переделкинском кладбище.