Vladimir Afanassievitch Obroutchev est né le 28 septembre 1863 dans le domaine de son grand-père dans le village de Klepinino, dans le district de Rjev, province de Tver. Il était le deuxième enfant d'une famille d'un officier d'état-major, Afanasi Alexandrovitch Obroutchev, qui a obtenu le grade de capitaine en 1864. Son grand-père, le général Alexandre Afanassievitch Obroutchev, a reçu des terres polonaises pour son service en Pologne. Son arrière-grand-père, Afanasi Fiodorovitch Obroutchev, était impliqué dans la construction de forteresses militaires aux frontières occidentales de la Russie. Sa mère, Polina Karlovna, née Gertner, était la fille d'un pasteur luthérien de Reval. Le frère de son père, le général-major V. A. Obroutchev, et la sœur de son père, M. A. Sechenova, la première femme ophtalmologiste en Russie, étaient également des personnalités connues. Les Sechenov recevaient souvent Obroutchev dans leur domaine de Klepinino, où il profitait d'une riche bibliothèque familiale.

En raison des fréquents déménagements de son père pour le service, Vladimir a vécu dans différentes villes de Pologne de trois à 17 ans et a appris la langue polonaise. Il a reçu une éducation primaire à domicile, et sa mère, parlant allemand et français, lui a transmis un intérêt pour les livres de voyage. Il a commencé son éducation à la progymnase de Brest, l'a poursuivie au gymnase de Radom et l'a terminée dans une école réelle à Vilnius.

Obroutchev a obtenu son diplôme d'études supérieures à l'Institut des mines de Saint-Pétersbourg, où il a étudié de 1881 à 1886. En 1885, il a effectué un stage dans l'Oural. D'août à décembre 1886, il a mené des recherches géologiques lors de la construction de la ligne de chemin de fer du Transcaspien. De janvier à août 1887, il a effectué son service militaire à Saint-Pétersbourg. La même année, il a publié son premier travail scientifique « Sables et steppes de la région du Transcaspien », qui a été récompensé par une médaille d'argent de la Société géographique impériale russe.

En 1892 et 1894, Obroutchev a participé aux expéditions de Grigori Potanine en tant que géologue. En 1895 et 1898, il a dirigé une équipe minière en Sibérie orientale, contribuant à la construction de la ligne de chemin de fer transsibérienne. Il était le premier géologue salarié de Sibérie et se considérait comme le successeur d'Ivan Dementievitch Tcherski.

Après la révolution de 1905 et 1907, Obroutchev était membre du Parti constitutionnel-démocratique et a dirigé son comité de Tomsk. En 1901 et 1912, il a enseigné à l'Institut technologique de Tomsk et a été le premier doyen du département des mines. En 1912, il a dû quitter l'enseignement, car les fonctionnaires tsaristes lui ont proposé de passer à un autre institut où il n'y avait pas de chaire de géologie. À cette époque, il a écrit le roman « Ploutonia ».

Depuis 1916, Obroutchev était membre d'honneur de la Société minéralogique russe. En 1918 et 1921, il a enseigné à l'Université de Tavrida à Simferopol. En 1919, il a reçu le titre de docteur en géognosie et minéralogie du Conseil de l'Université du Don. De 1921 à 1929, il a été professeur au département de géologie appliquée à l'Académie des mines de Moscou.

Depuis 1930, Obroutchev a dirigé la commission d'étude du permafrost, et de 1939 à 1956, il a été directeur de l'Institut du permafrost de l'Académie des sciences de l'URSS. En 1930, il est devenu le premier directeur de l'Institut géologique de l'Académie des sciences de l'URSS. En 1942 et 1946, il a été académicien-secrétaire de la section des sciences géologiques et géographiques de l'Académie des sciences de l'URSS, et de 1946 à 1953, membre du Bureau de l'Académie des sciences de l'URSS. Depuis 1947, il était président d'honneur de la Société géographique de l'URSS.

Obroutchev a apporté une contribution significative à la vulgarisation de la science, s'engageant activement dans le travail d'éducation auprès des jeunes. Il a maintenu des contacts avec les écoles et les Maisons des pionniers, et a également correspondu avec l'enseignant et régionaliste N. M. Revyakin. Vladimir Afanassievitch Obroutchev est décédé le 19 juin 1956 et a été enterré à Moscou au cimetière Novodievitchi.