Воспитывался в Морском кадетском корпусе. С 1823 года В. А. Корнилов на военно-морской службе. Отличился в Наваринском сражении 1827 года, будучи мичманом на флагмане «Азов». С 1849 года - начальник штаба Черноморского флота. В 1853 году участвовал в первом в истории бое паровых судов: 10-пушечный парофрегат «Владимир» под его флагом начальника штаба Черноморского флота вступил в бой с 10-пушечным турецко-египетским пароходом «Перваз-Бахри». После трёхчасовой баталии «Перваз-Бахри» вынужден был спустить флаг.

В начале Крымской войны фактически командовал Черноморским флотом. После высадки англо-французских войск в Евпатории и поражения русских войск на Альме, Корнилов получил приказ от главнокомандующего в Крыму князя Меньшикова затопить корабли флота на рейде, чтобы использовать матросов для обороны Севастополя с суши. Корнилов собрал на совет флагманов и капитанов, где сказал им, что поскольку из-за наступления вражеской армии положение Севастополя практически безнадежно, флот должен атаковать противника на море, невзирая на огромный численный и технический перевес врага. Пользуясь беспорядком в расположении английских и французских кораблей у мыса Улюкола, русский флот должен напасть первым, навязав противнику абордажный бой, взрывая, если потребуется, свои корабли вместе с кораблями противника. Это бы позволило нанести вражескому флоту такие потери, что дальнейшие его операции были бы сорваны. Отдав приказ готовиться к выходу в море, Корнилов отправился к князю Меншикову и объявил тому свое решение дать бой. В ответ князь повторил отданное приказание — затопить корабли. Корнилов отказался повиноваться приказу. Тогда Меньшиков распорядился отправить Корнилова в Николаев, а командование передать вице-адмиралу М. Н. Станюковичу.

Ответ Корнилова вошел в историю: «Остановитесь! Это — самоубийство… то, к чему вы меня принуждаете, но чтобы я оставил Севастополь, окруженный неприятелем, — невозможно! Я готов повиноваться вам».

Адмирал Корнилов организовал оборону Севастополя, где особо ярко проявился его талант как военного руководителя. Командуя гарнизоном в 7 тысяч человек, он показал пример умелой организации активной обороны. Корнилов по праву считается основоположником позиционных методов ведения войны (непрерывные вылазки обороняющихся, ночные поиски, минная война, тесное огневое взаимодействие кораблей и крепостной артиллерии).

5 октября 1854 года во время первой обороны Севастополя пушечное ядро сразило адмирала Корнилова. Последний его взгляд был брошен на сражающийся город, а предсмертные слова, сказанные им, отражаются сегодня в сердце каждого россиянина: «Отстаивайте же Севастополь!»

Корнилов был погребён в Севастопольском соборе Святого Владимира, в одном склепе с русскими адмиралами М. П. Лазаревым, П. С. Нахимовым, В. И. Истоминым.

Следующий рейс был совершён только 7 апреля. За неделю летчики Василий Молоков, Николай Каманин, Михаил Водопьянов, Маврикий Слепнёв и Иван Доронин вывезли на материк остальных челюскинцев. Спустя примерно три недели после гибели судна, 5 марта, лётчик Анатолий Ляпидевский на самолёте АНТ-4 пробился к лагерю и снял со льдины десять женщин и двоих детей.

Последний рейс был совершён 13 апреля 1934 года. Всего летчики совершили 24 рейса, перевозя людей в чукотское становище Ванкарем, находившееся в 140—160 км от ледовой стоянки. Все 104 человека, два месяца проведшие в условиях полярной зимы на льдине, были спасены.