Владимир Павлович Бирюков родился 10 июля 1888 года в семье секретаря-счетовода ссудно-сберегательного товарищества в селе Першинском, которое сейчас является административным центром Першинского сельсовета Далматовского района Курганской области. У него был брат Аркадий Павлович Бирюков.

Владимир учился в Пермской духовной семинарии, но не стал священником. В 1910 году он создал в селе Першинском первый сельский музей в Зауралье. В 1912 году окончил Казанский ветеринарный институт, а после Московского археологического института получил звание учёного-археолога и действительного члена института. Он служил в армии и два года учился в Московском сельскохозяйственном институте.

26 декабря 1917 года Бирюков основал в Шадринске научное хранилище, которое сейчас известно как Шадринский краеведческий музей им. В. П. Бирюкова и Государственный архив в Шадринске. В 1919 году, будучи мобилизован армией Колчака в качестве ветеринара, он переехал в Томск. С конца 1919 года он был вольнослушателем историко-филологического факультета Томского университета, где за работу по местным наречиям получил серебряную медаль. В 1920 году его избрали заведующим музеем древностей в Пермском университете.

До 1931 года он продолжал руководить Шадринским научным хранилищем. В 1923 году его избрали членом-корреспондентом, а затем действительным членом Центрального бюро краеведения при Академии наук СССР. В сентябре 1925 года он участвовал в торжествах, посвященных 200-летию Академии наук СССР, и был избран членом Президиума торжественного заседания в Большом театре.

В начале 1920-х годов Академия наук возобновила издание «Словаря русского языка», и до 1933 года Бирюков активно участвовал в его подготовке, отправляя дополнения. Его имя упоминается в предисловии к 14 выпускам словаря.

С 1931 по 1938 год он работал в Свердловске в областном бюро краеведения. Бирюков поддерживал отношения и переписку с земляками, такими как скульптор И. Д. Шадр и библиограф Н. В. Здобнов.

В 1940-х и 1950-х годах он жил в Шадринске, где преподавал фольклор в Шадринском педагогическом институте и Челябинском пединституте. 10 февраля 1955 года его приняли в члены Союза писателей СССР.

В 1962 году Бирюков перевёз своё собрание документов из Шадринска в Свердловск. В 1964 году по решению Свердловского облисполкома из его коллекции был организован Уральский архив литературы и искусства, где он стал директором на общественных началах. Сейчас это один из фондов Государственного архива Свердловской области.

Владимир Павлович Бирюков скончался 18 июня 1971 года в Свердловске и был похоронен на Нижне-Исетском кладбище.