Василий Иванович Богомолов родился в семье лесника, в городе Устюжна Новгородской губернии. С девяти лет он начал работать коногоном у судовладельца на Староладожском канале, а через три года – подручным клепальщика на судостроительном заводе Крейтона в городе Або. Уволенный за участие в забастовке, он в году уезжает в Ревель, где устраивается молотобойцем на судостроительный завод.
В 1912 году В. И. Богомолов по заданию большевистского подполья распространяет среди рабочих революционную литературу.
Призванный в 1915 году в армию, он ведет антивоенную агитацию в частях, расположенных под Двинском и Псковом. За это его арестовывают и бросают в Псковскую тюрьму. Накануне Февральской революции он бежит из тюрьмы и вместе с солдатами петроградского этапного пересыльного пункта разоружает и арестовывает полицейских.
Приехав в Двинск, В. И. Богомолов 1 марта 1917 года вступил в члены РСДРП(б) и вскоре стал одним из руководителей местной военной организации партии. 3 и марта участвовал в захвате двинской тюрьмы и разоружении сторонников монархии.
В середине марта фронтовое совещание избрало В. И. Богомолова в солдатскую секцию Петроградского Совета от Двинского гарнизона.
Василий Иванович вел активную большевистскую пропаганду в 5-й армии Северного фронта. В июльские дни он вместе со своими товарищами пытался разобрать железнодорожные пути, чтобы не допустить отправки реакционных воинских частей в Петроград; в августе братался с солдатами противника. Газовая атака на время вывела В. И. Богомолова из строя. Его эвакуировали в один из госпиталей Петрограда.
Депутат солдатской секции Петроградского Совета, В. И. Богомолов активно участвовал в вооруженном восстании. С отрядом солдат он захватил узел связи Николаевского, ныне Московского, железнодорожного вокзала.
После Октябрьской социалистической революции В. И. Богомолов вошел в Петроградский комитет обороны. В начале 1918 года он проводил мобилизацию, а затем был начальником связи бронепоездов, отражавших наступление немцев на Псков.
С марта 1918 года В. И. Богомолов проводил национализацию водного транспорта в Рыбинске, затем работал в коллегии транспортной ЧК. В качестве командира частей ВЧК неоднократно участвовал в подавлении белогвардейских и кулацких восстаний, в том числе и в ликвидации ярославского мятежа. В 1922 году он председатель Рыбинского, а позднее – Воронежского губернского революционного трибунала.
В последующие годы В. И. Богомолов на хозяйственной работе в Ленинграде.