Владимир Михайлович Бехтерев родился 20 января (1 февраля) 1857 года в семье мелкого государственного служащего в селе Сорали Елабужского уезда Вятской губернии. В 1865 году его отец Михаил Павлович, дослужившийся до скромного чина коллежского секретаря, умер от туберкулёза. Семья к тому времени жила в Вятке. Все заботы о ней легли на плечи матери, Марии Михайловны, в девичестве Назарьевой.

В августе 1867 года мальчик начал занятия в Вятской гимназии, одной из старейших в России. После окончания семи классов гимназии в 1873 году юноша успешно сдал экзамены в Медико-хирургическую академию. Он был зачислен в студенты первого курса медицинского отделения. 6 декабря 1876 года студент четвёртого курса Медико-хирургической академии Владимир Бехтерев с группой товарищей принимал участие в совместной демонстрации рабочих и студентов, на которой выдвигались политические требования.

Активно участвуя в общественной жизни, Бехтерев в то же время не забывал, что главным для него является накопление знаний. Учился он успешно и уже на четвёртом курсе определил свою будущую профессию. Он решил посвятить себя невропатологии и психиатрии, которые в академии тогда рассматривались как единая клиническая дисциплина.

12 апреля 1877 года Россия вновь вступила в войну. Это была русско-турецкая война, которая велась на Балканах и в Закавказье. Профессор академии С.П. Боткин призвал принять участие в летней военной кампании 1877 года и студентов академии. Владимир Бехтерев, только что досрочно окончивший четвёртый курс, вступил тогда в санитарный отряд, организованный на деньги состоятельных студентов — братьев Рыжовых.

С фронта Бехтерев вернулся больным «болгарской лихорадкой» и был госпитализирован в клинику, где находился на лечении около двух месяцев.

Курс обучения в Медико-хирургической академии быстро подходил к концу. Хотя война с турками и завершилась заключённым 19 февраля (3 марта) 1878 года Сан-Стефанским мирным договором, международная обстановка оставалась напряжённой. Русской армии остро требовались врачи, и выпускные экзамены в академии в 1878 году провели досрочно, с 1 по 20 апреля Бехтерев оказался в числе трёх выпускников, у которых за весь курс обучения в академии было более двух третей отличных оценок. В связи с этим он получил денежную премию в 300 рублей и, главное, право держать экзамен в существовавший при академии Институт усовершенствования врачей, или, как его часто называли, «профессорский» институт, готовивший научно-педагогические кадры.

Экзамен в Институт усовершенствования врачей Бехтерев сдал успешно, получив высший балл, однако, как и его товарищи, удостоенные этого права, зачислен в него не был. Ввиду напряжённой внешнеполитической обстановки все они вошли во временно организованный запас армейских врачей при Клиническом военном госпитале — базовом лечебном учреждении академии. В результате Бехтерев оказался врачом-стажёром при возглавляемой И.П. Мержеевским клинике душевных и нервных болезней. В клинике Бехтерев работал увлечённо. Он много читал и, помимо лечебной деятельности, большое внимание уделял экспериментальным исследованиям.

В 1879 году Бехтерев был принят в действительные члены Петербургского общества психиатров. В сентябре того же года Владимир Михайлович женился на девятнадцатилетней Наталье Петровне Базилевской, обучавшейся на женских педагогических курсах. В Петербург она приехала в 1877 году из Вятки, где её семья квартировала в доме Бехтеревых. Таким образом, и Наташу, и её родителей Владимир хорошо знал ещё в свои гимназические годы. Бехтеревы сняли квартиру неподалёку от Медико-хирургической академии. Наташа оказалась хорошей хозяйкой и сумела создать хорошие условия для работы мужа. Теперь молодой учёный вечерами не всегда засиживался в клинике. В первые месяцы семейной жизни вечера он обычно проводил дома. В этот период в 1880 году, он написал давно задуманную серию «бытовых и этнографических очерков», опубликованных под названием «Вотяки, их история и современное состояние» в двух номерах крупного петербургского журнала «Вестник Европы».

Этнографические очерки В.М. Бехтерева получили значительный резонанс в широких кругах русской демократической общественности. Впервые многие узнали из них неприглядные подробности дикости быта одной из многочисленных малых народностей, населявших Российскую империю. Врач Бехтерев становился известен и как публицист, умеющий вскрывать злободневные для страны социальные проблемы.

4 апреля 1881 года Бехтерев успешно защитил диссертацию на степень доктора медицины. Проведённые исследования укрепляли позиции сторонников существования материальной основы психических заболеваний и системы в жизнедеятельности всего организма. Вскоре после защиты диссертации «Опыт клинического исследования температуры при некоторых формах душевных заболеваний» она была издана в виде монографии на русском и немецком языках.

Бехтереву присвоили учёное звание приват-доцента, после чего допустили к чтению лекций по диагностике нервных болезней студентам пятого курса. В марте 1884 года его зачислили в клинику душевных болезней на штатную врачебную должность.

В мае 1884 года научный руководитель Бехтерева профессор И.П. Мержеевский предложил Конференции Военно-медицинской академии направить Бехтерева для дальнейшего совершенствования научных знаний в страны Западной Европы. Список печатных работ молодого учёного к тому времени состоял из пятидесяти восьми названий.

Особый интерес представляла серия клинических исследований периферических и центральных органов равновесия, материалы которых были отражены в целом ряде статей и в обобщающей работе «Теория образования наших представлений о пространстве».

Важными были экспериментальные работы учёного, позволяющие уточнить функцию расположенных в глубине головного мозга так называемых бугров. Раздражая у экспериментальных животных эти структуры мозга, учёный впервые установил, что они «служат по преимуществу для обнаружения тех движений, при посредстве которых выражается эмоциональная сторона душевной жизни».

За статью «О вынужденных и насильственных движениях при разрушении некоторых частей центральной нервной системы», написанную в 1883 году, значительно пополнявшую сведения о роли отдельных структур мозга и обеспечении двигательных функций, Бехтерев был удостоен серебряной медали Общества русских врачей. В том же году его избрали в члены Итальянского общества психиатров, что свидетельствовало о признании заслуг молодого учёного и за пределами России.

За рубеж Бехтерев выехал в июне 1884 года. Сначала он побывал в Германии, а затем переехал в Париж, где ему прежде всего хотелось поработать с Ж. Шарко — основателем первого в мире отделения для неврологических больных, открытого при больнице медицинского факультета университета в парижском предместье Сальпетриере.

В декабре 1884 года Бехтерев, находясь в Лейпциге, получил официальное приглашение занять кафедру в Казани. Он принял предложение и сократил сроки командировки, так как к сентябрю 1885 года ему необходимо было вернуться на родину.

Кафедру психиатрии в Казани Владимиру Михайловичу пришлось организовывать заново. Возглавив кафедру и лабораторию, Бехтерев получил возможность сосредоточить все силы на осуществлении давно задуманного плана, как можно лучше изучить нервную систему и связанные с ней физиологические, психологические и клинические проблемы. Настало время планомерного познания сущности нервной и психической деятельности человека в условиях нормы и патологии. Первым этапом этого познания было изучение строения мозга.

Бехтерев писал тогда, что без знаний морфологии мозга «…нельзя обойтись ни одному невропатологу и всякому вообще врачу, претендующему на правильное понимание нервных заболеваний». Особое внимание он уделял изучению проводящих путей мозга, пользуясь при этом многими методами исследования нервной ткани, в частности, эмбриональным методом, или методом развития.

Бехтерев утверждал, что отдельные зоны коры больших полушарий выполняют определённые функции. В 1887 году в статье «Физиология двигательной области мозговой коры» он писал: «…я вовсе не причисляю себя к числу тех авторов, которые смотрят на кору как на мозаику, состоящую из отдельных кусков различной окраски. Кора мозга, быть может, и уподобляется карте, разрисованной отдельными красками по отдельным участкам, но так, что соседние краски, понятно, смешиваются между собой и при этом, может быть, на этой карте не существует ни одного участка, покрытого одним цветом, а не смешанного из множества красок». Эта мысль В.М. Бехтерева позже нашла развитие в учении И.П. Павлова о проекционных и ассоциативных полях коры больших полушарий.

Морфологические и физиологические исследования, проведённые Бехтеревым в лабораториях Казанского университета, легли в основу большого числа его публикаций и продолжались в последующие годы в Медико-хирургической академии.

В течение всей жизни Владимир Михайлович был убеждён в отсутствии чёткой грани между нервными и психическими болезнями. Он обращал внимание на то, что нервные болезни нередко сопровождаются психическими расстройствами, а при душевных заболеваниях возможны и признаки органического поражения центральной нервной системы.

Накопленный клинический опыт позволил ему опубликовать работы по невропатологии и смежным дисциплинам. Наиболее известной из них стала его статья «Одеревенелость позвоночника с искривлением его как особая форма заболевания», опубликованная в столичном журнале «Врач». Описанное в этой статье заболевание в настоящее время известно как анкилозирующий спондилит, или болезнь Бехтерева. Многие впервые выявленные учёным неврологические симптомы, а также ряд оригинальных клинических наблюдений нашли отражение в двухтомной книге «Нервные болезни в отдельных наблюдениях», изданной в Казани.

В 1891 году учёный обратился к администрации медицинского факультета с предложением об организации в Казани неврологического научного общества. Согласие на создание такого общества было получено, и председателем единогласно избрали Бехтерева.

С 1893 года Казанское неврологическое общество стало регулярно издавать свой печатный орган — журнал «Неврологический вестник», который выходил до 1918 года под редакцией Владимира Михайловича.

Весной 1893 года Бехтерев получил от начальника Петербургской Военно-медицинской академии приглашение занять кафедру душевных и нервных болезней, освобождающуюся в связи с уходом в отставку «за выслугой лет» Мержеевского, учителя Владимира Михайловича.

Бехтерев прибыл в Петербург в конце сентября и сразу включился в работу. Он начал создавать первую в России нейрохирургическую операционную. Бехтерев стремился к созданию специализированной нейрохирургической службы, считая, что нейрохирургами могут стать хирурги, овладевшие невропатологией, или невропатологи, научившиеся оперировать. При этом он явное предпочтение отдавал нейрохирургам из невропатологов. Сам учёный не оперировал, но принимал активное участие в диагностике нейрохирургических болезней.

В лабораториях клиники Бехтерев вместе со своими сотрудниками и учениками продолжал многочисленные исследования по морфологии и физиологии нервной системы. Это позволяло ему пополнить материалы по нейроморфологии и приступить к работе над фундаментальным семитомным трудом «Основы учения о функциях мозга». Тогда же он большое внимание стал уделять изучению психологии.

В 1894 году Владимир Михайлович получил первый генеральский чин действительного статского советника. В конце того же года он был назначен членом медицинского совета министерства внутренних дел, а в 1895 году — членом военно-медицинского учёного совета при военном министре и тогда же — членом совета дома призрения душевнобольных.

Трудоспособность учёного была поразительной. С 1894 по 1905 год он ежегодно выполнял от четырнадцати до двадцати четырёх научных работ. При этом следует иметь в виду, что учёный никогда не ставил подпись под работой, написанной другим. Всё, что издано под его именем, было написано его собственной рукой.

В ноябре 1900 года двухтомник «Проводящие пути спинного и головного мозга» был выдвинут Российской академией наук на премию имени академика К.М. Бэра. 29 декабря того же года на торжественном заседании Российской академии наук профессорам В.М. Бехтереву и И.П. Павлову была вручена присуждённая им награда.

Казалось бы, после такого успеха можно какое-то время отдохнуть, но учёному такое времяпрепровождение было несвойственно. Накопленный жизненный и научный опыт побуждал к обобщениям, философским трактовкам. В 1902 году он опубликовал книгу «Психика и жизнь», в которой высказал своё мнение о сущности психических процессов, о соотношении между бытием и сознанием, психикой и жизнью.

К тому времени Бехтерев подготовил к печати первый том фундаментальной работы «Основы учения о функциях мозга», которая стала его главным трудом по нейрофизиологии. В ней он стремился привести в строгую систему все накопленные в литературе и самостоятельно добытые в лабораторных исследованиях и в процессе клинических наблюдений сведения о деятельности нервной системы. В книге он не только обобщил все известные данные о функциях мозга, но и описал функцию всех его отделов, опираясь на собственные многолетние экспериментальные и клинические исследования.

В первом томе, вышедшем из печати в 1903 году, изложены общие положения о деятельности мозга. В нём, в частности, Бехтерев представил энергетическую теорию торможения, согласно которой нервная энергия в мозгу устремляется к находящемуся в деятельном состоянии центру. Она как бы стекается к нему по связующим отдельные территории мозга проводящим путям, прежде всего, из вблизи расположенных территорий мозга, в которых, как считал Бехтерев, возникает «понижение возбудимости, следовательно, угнетение».

После завершения работы над семью томами «Основы учения о функциях мозга» особое внимание Бехтерева как учёного стали привлекать проблемы психологии. Исходя из того, что психическая деятельность возникает в результате работы мозга, он считал возможным опираться главным образом на достижения физиологии, и, прежде всего, на учение о сочетательных (условных) рефлексах. Бехтерев высказывался о том, что «нет ни одного субъективного явления, которое не сопутствовалось бы объективными процессами в мозгу в виде пробегающего по нервным клеткам и волокнам тока, представляющего собой… по внешности акт химико-физический». Вслед за Сеченовым Бехтерев утверждал, что «так называемые психические явления суть рефлексы».

В 1907–1910 годах Бехтерев опубликовал три тома книги «Объективная психология», в которых изложил основные представления нового, созданного и развиваемого им направления в психологической науке. Учёный утверждал, что все психические процессы сопровождаются рефлекторными двигательными и вегетативными реакциями, которые доступны наблюдению и регистрации. Опираясь на объективные критерии, он считал возможным изучать не только осознаваемые, но и неосознанные психические явления.

В первом томе «Объективной психологии» Бехтерев предложил выделить психологию индивидуальную, общественную, национальную, сравнительную, а также зоопсихологию. Кроме того, он признавал необходимость выделения психологии детского возраста «как науки, изучающей законы и последовательность психического развития отдельных индивидуумов».

В 1915 году по инициативе Владимира Михайловича при Психоневрологическом институте был создан приют с детским садом и школой для детей беженцев из западных губерний. Постоянно находясь в гуще общественной жизни столицы, Бехтерев по-прежнему много внимания уделял Психоневрологическому институту.

После Октябрьской революции академик Бехтерев сразу же включился в создание здравоохранения молодой республики. В мае 1918 году Бехтерев обратился в Совнарком с ходатайством об организации научно-исследовательского учреждения — Института по изучению мозга и психической деятельности. Вскоре институт открылся, и его директором до самой смерти являлся Владимир Михайлович Бехтерев.

Бехтерев умер 24 декабря 1927 года.