Владимир Павлович Бирюков родился 10 июля 1888 года в семье секретаря-счетовода ссудно-сберегательного товарищества в селе Першинском Першинской волости Шадринского уезда Пермской губернии, ныне село — административный центр Першинского сельсовета Далматовского района Курганской области. Брат Аркадия Павловича Бирюкова.
Учился в Пермской духовной семинарии, но священником стать не захотел. В 1910 году организовал в с. Першинском первый в Зауралье сельский музей. В 1912 году окончил Казанский ветеринарный институт. После окончания Московского археологического института получил звание учёного-археолога и действительного члена института. Служил в армии. Два года учился в Московском сельскохозяйственном институте.
26 декабря 1917 года организовал в г. Шадринске научное хранилище, сейчас — Шадринский краеведческий музей им. В. П. Бирюкова и Государственный архив в г. Шадринске, переведя в г. Шадринск материалы организованного в 1910 году сельского музея в селе Першинском. В 1919 году, будучи мобилизован армией Колчака в качестве ветеринара, переехал в город Томск. С конца 1919 года — вольнослушатель историко-филологического факультета Томского университета. За конкурсную работу по местным наречиям Томский университет присуждает ему серебряную медаль. В 1920 году историко-филологический факультет Пермского университета избирает его на должность заведующего музеем древностей.
В 1920 году продолжил работать директором Шадринского научного хранилища, оставаясь на данном посту до 1931 года.
В 1923 году избран сначала членом-корреспондентом, а потом действительным членом Центрального бюро краеведения при Академии наук СССР, активно участвовал в работе конференций, пленумов Центрального бюро краеведения. В сентябре 1925 года В. П. Бирюков был участником торжеств, посвященных 200-летию Академии наук СССР, был избран членом Президиума торжественного заседания в Большом театре 13 сентября 1925 года.
В начале 1920-х годов Академия наук возобновила издание «Словаря русского языка». До 1933 года В. П. Бирюков принимал в его издании непосредственное участие, высылая дополнения. В предисловии к 14 выпускам словаря имя В. П. Бирюкова помещено в числе лиц, содействующих полноте выпуска.
С сентября 1931 года по 1938 год работал в Свердловске, в областном бюро краеведения.
Поддерживал отношения, встречи, переписка, с ровесниками-земляками — скульптором И. Д. Шадром, классиком отечественной библиографии Н. В. Здобновым.
В 1940—1950-х годах жил в Шадринске, читал курсы фольклора в Шадринском педагогическом институте и Челябинском пединституте.
10 февраля 1955 года был принят в члены Союза писателей СССР.
В 1962 году В. П. Бирюков перевёз из Шадринска своё собрание документов в Свердловск, По решению Свердловского облисполкома из собрания рукописей и книг краеведа в 1964 году был организован Уральский архив литературы и искусства, директором которого на общественных началах стал В. П. Бирюков. Сейчас это один из фондов Государственного архива Свердловской области.
Умер 18 июня 1971 года в Свердловске. Похоронен на Нижне-Исетском кладбище.
