В 1968 году с отличием окончил институт по специальности «Термодинамика и аэродинамика», в том же году поступил в аспирантуру МФТИ. В 1971 году досрочно защитил кандидатскую диссертацию «Теплофизика плазмы ядерных ракетных двигателей». С октября 1971 года по май 1986 года работал в Отделении Института химической физики АН СССР в Черноголовке (ИХФЧ). В 1976 году защитил докторскую диссертацию «Исследование неидеальной плазмы динамическими методами». С 1982 года — профессор по специальности «Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва».

С 1986 года по 1992 год работал заведующим отделом Института высоких температур АН СССР (ныне — ОИВТ РАН) и по совместительству в ИХФЧ в должности заведующего лабораторией.

В 1987 году избран членом-корреспондентом АН СССР по Отделению физико-технических проблем энергетики (специальность «Теплофизика»), а в 1991 году — действительным членом РАН по Секции физики, энергетики и радиоэлектроники.

С 1993 года по 1997 год В. Е. Фортов — председатель Российского фонда фундаментальных исследований.

С 1996 по 2001 год В. Е. Фортов — вице-президент РАН.

В августе 1996 года был назначен председателем Государственного комитета РФ по науке и технологиям, затем — министром науки и технологий, одновременно до марта 1997 года являлся заместителем Председателя Правительства РФ; в марте 1998 года вышел в отставку в составе кабинета В. С. Черномырдина.

С 1992 по 2007 год В. Е. Фортов — директор Института теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН.

С 2007 года и по настоящее время В. Е. Фортов — директор ОИВТ РАН.

С 2002 по июнь 2013 года — академик-секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН.

С 2010 года — член Консультативного научного Совета Фонда «Сколково».

Также с 2011 года входит в состав Попечительского совета Северного (Арктического) Федерального Университета им М. В. Ломоносова.

29 мая 2013 года Общим собранием Российской академии наук избран президентом академии, набрав 58,3 % голосов. Для проведения тайного голосования членам Общего собрания РАН было выдано 1314 бюллетеней, проголосовало 1313 человек. Конкуренты Фортова академики Жорес Алфёров и Александр Некипелов набрали соответственно 26,3 % и 10,9 % голосов, не отдали голоса «за» ни за одного из кандидатов 59 человек (4,5 %).