Василий Тимм родился в 1820 году в усадьбе Зоргенфрай, которая сейчас находится в Риге, в семье бургомистра Фридриха Вильгельма Тимма. Первые уроки живописи он получил в родном городе. В 1835 году Тимм приехал в Петербург и поступил вольнослушателем в Императорскую Академию художеств, где учился батальной живописи у А. И. Зауервейда. В 1839 году он окончил Академию со званием художника XIV класса. В 1837 году за картину «Группа уланов» Тимм был удостоен малой серебряной медали, а в 1839 году за успехи в батальной живописи получил большую серебряную медаль и звание классного художника.

Раннюю известность Тимму принесли иллюстрации к сатирической поэме И. П. Мятлева «Сенсации и замечания госпожи Курдюковой за границею» (1840-44). Он также создал рисунки для изданий «Наши, списанные с натуры русскими» и «Картинки русских нравов». В 1843 году Тимм привлек внимание О. Верне и по его приглашению отправился в Париж, где в 1844 и 1846 годах жил и работал учеником Верне. В 1844 году он участвовал в выставке парижского Салона.

В 1848 году, из-за революции, Тимм вернулся в Россию. В 1849 и 1850 годах он находился при действующей армии на Кавказе. Собранный материал вдохновил его на создание «Русского художественного листка», который с 1851 года выходил трижды в месяц и принес Тимму популярность. Издание включало литографированные картинки на актуальные темы: репортажи, портреты, пейзажи и репродукции.

В 1855 году Тимм участвовал в военных действиях в Крыму и был награжден медалью «За защиту Севастополя». В том же году он получил звание академика батальной живописи за серию рисунков и акварелей, посвященных обороне Севастополя. С 1861 года Тимм владел собственной литографской мастерской. В 1870-х он занялся расписной майоликой и получил предложение стать директором Берлинской королевской фарфоровой мануфактуры, но отказался. Преподавал в Прусской Академии художеств в качестве профессора и оставил значительное эпистолярное наследие. Похоронен в Риге.

Работы Тимма хранятся во многих музеях, включая Государственную Третьяковскую галерею, Государственный Русский музей, ГМИИ им. А. С. Пушкина и другие. Самая значительная коллекция его произведений находится в Государственном художественном музее Латвии в Риге.