Василий Тимм родился в усадьбе Зоргенфрай, ныне в Риге, в семье бургомистра Фридриха Вильгельма Тимма в 1820 году. Начальное художественное образование В. Ф. Тимм получил в родном городе. В 1835 приехал в Петербург, поступил вольнослушателем в ИАХ, занимался в классе батальной живописи у А. И. Зауервейда. Окончил курс в Академии в 1839 году, со званием художника XIV класса. В 1837 за картину «Группа уланов» награжден малой серебряной медалью. В 1839 за успехи в батальной живописи был награжден большой серебряной медалью и получил звание классного художника.
Известность пришла к нему очень рано — с иллюстрациями к сатирической поэме И. П. Мятлева «Сенсации и замечания госпожи Курдюковой за границею — дан л’этранже» (1840-44). Тогда же он исполнил рисунки к известному изданию «Наши, списанные с натуры русскими» и к серии «Картинки русских нравов». В 1843 обратил на себя внимание О. Верне, по приглашению которого отправился в Париж. В 1844–1846 жил и работал во Франции в качестве ученика Верне. В 1844 участвовал в выставке парижского Салона.
В 1848 в связи с революцией возвратился в Россию. В 1849–1850 состоял при действующей армии на Кавказе. Собранный материал натолкнул его на идею выпускать «Русский художественный листок» — издание, выходившее с 1851 г. три раза в месяц и принесшее Тимму популярность. Его составляли в основном литографированные картинки на разные актуальные темы: репортажи с мест событий, портреты популярных личностей, пейзажи, репродукции с картин и т. п.
В 1855 участвовал в военных действиях в Крыму; был награжден медалью «За защиту Севастополя». В том же году удостоен звания академика батальной живописи за цикл рисунков и акварелей, посвященных севастопольской обороне. С 1861 владел собственной литографской мастерской. В 1870-х занялся расписной майоликой. Был приглашен на пост директора Берлинской королевской фарфоровой мануфактуры, но отказался от должности. Преподавал в Прусской Академии художеств, профессор. Оставил значительное эпистолярное наследие. Похоронен в Риге.
Произведения Тимма находятся во многих музейных собраниях, в том числе в Государственной Третьяковской галерее, Государственном Русском музее, ГМИИ им. А. С. Пушкина и других. Наиболее значительной коллекцией работ мастера обладает Государственный художественный музей Латвии в Риге.
