Владимир Сергеев родился в 1911 году в Москве. После окончания школы-десятилетки работал фрезеровщиком, а затем мастером на известном московском заводе «Динамо». В 1938 году Сергеев окончил факультет точного приборостроения МВТУ имени Н.Э. Баумана, после чего работал на оборонном предприятии.

В годы Великой Отечественной войны вместе с заводом был эвакуирован, сначала налаживал производство на новом месте, а затем работал в качестве начальника цеха, начальника отдела технического контроля, главного технолога. В послевоенное время продолжал работать на предприятиях оборонного назначения. Так с 1954 года, занимая должность главного инженера в КБ-1 «Алмаз», специализирующегося на создании зенитных ракетных комплексов, он принимал участие в разработке радиолокаторов.

В 1963 году Сергеева приглашают работать в Зеленоград и назначают директором НИИ Точной Технологии, перед которым стояла задача создать технологии производства изделий микроэлектроники. Предприятие он организовал с нуля: «В здании, где располагались промтоварный и продуктовый магазины, группа архитекторов, почта, городской радиоузел, выделили помещение и институту – одну комнату, в которой стояли только стол и стул».

НИИ предстояло в сжатые сроки разработать гибридные интегральные схемы — основу новой промышленности — микроэлектроники. Сергееву удалось убедить руководство в необходимости мощного опытного производства, и вскоре при НИИТТ был построен опытный завод «Ангстрем», где отрабатывалась технология изготовления микросхем для передачи в массовое производство на серийные заводы.

Уже в 1964 году была освоена первая в СССР серия интегральных схем «Тропа», применявшаяся в том числе при создании космической техники. Она была выполнена по гибридной толстопленочной технологии с уровнем интеграции до 50 элементов (транзисторов, диодов, резисторов), что в то время соответствовало мировому уровню. В Музее Зеленограда хранятся несколько микросхем «Тропа», которые в составе блока управления (ЭВМ «Аргон») станцией «Луна-16» облетели вокруг Луны и вернулись на Землю.

Затем на «Ангстреме» выпускались серии ИС «Трапеция», «Терек», «Посол», «Тактика», которые также не уступали зарубежным аналогам. Предприятие долгие годы было одним из основных производителей интегральных схем в СССР (наряду с зеленоградским заводом «Микрон» и минским объединением «Интеграл»).

В 1971 году Владимир Сергеев за «выдающиеся научные и производственные достижения» был удостоен звания Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и медали «Серп и Молот». С 1977 по 1988 год он работал заведующим кафедрой технической механики МИЭТ. Также Сергеев был консультантом на заводе «Ангстрем».

Умер ученый в 1999 году. Владимир Сергеев похоронен на Зеленоградском (Центральном) кладбище.