Родился 26 июня 1927 года в белорусском городке Лепель в еврейской семье. Его отец, Яков Давыдович (Данилович) Мотыль, польский эмигрант, работал слесарем на минском заводе «Коммунар». Владимиру было три года, когда отца арестовали по обвинению в шпионской деятельности и отправили в лагерь на Соловки, где спустя менее чем год он погиб. Мать – выпускница Петроградского педагогического института имени А.И. Герцена Берта Антоновна Левина – работала воспитательницей в колонии для малолетних преступников под руководством А.С. Макаренко. Будучи в ссылке, была завучем детского дома для детей репрессированных в городе Оса Пермской области. Детские годы Владимир Мотыль провёл с матерью в ссылке на Урале. Дед Мотыля отказался вступать в колхоз, дом его вместе с крепким середняцким хозяйством был разграблен, а вся многодетная семья выселена на Крайний Север. После возвращения в Белоруссию погибли в гетто в годы немецкой оккупации.
Детство Мотыля проходило в захолустье, где единственным окном в мир было кино, которое привозили в клуб. Черно-белые немые киноленты завораживали Володю, это были образы Чарли Чаплина, «Детства Горького», «Чапаева» и «Веселых ребят». Уже тогда он решил: «Вырасту – буду делать кино». В школе в городе Оса Вова организует кружок, ставит одноактные пьесы, где сам играет главные роли и расписывает картонные декорации. От скромной зарплаты мама отрывает деньги, чтобы выписывать сыну журнал «Советский экран». Но ни в Институт кинематографии в Москве, ни позже на Высшие режиссерские курсы Мотыль не попал. Он закончил актёрское отделение Свердловского театрального института в 1948 году и исторический факультет Свердловского университета в 1957 году (заочно). Работал режиссёром Свердловского драматического театра, затем актёром и режиссёром в театрах в Сталиногорске (ныне Новомосковск Тульской области) и в Нижнем Тагиле. Поставил более 30 спектаклей на провинциальной сцене и в 27 лет в 1955 году стал главным режиссером свердловского ТЮЗа. Мечта «делать кино» не отпускала, и Мотыль уходит на Свердловскую киностудию ассистентом режиссера. После 1960 года не состоял в штате ни одной киностудии страны. Режиссерского образования у него не было, и самостоятельный фильм ему удалось поставить только на Таджикфильме. Это были «Дети Памира» в 1963 году. Фильм принес ему единодушное признание авторитетных критиков в центральной прессе.
В 1967 году Мотыль снял комедию «Женя, Женечка и «катюша» по сценарию, написанному совместно с Булатом Окуджавой. Это был первый комедийный фильм о войне. Его выпустили на экран, и фильм имел оглушительный успех у зрителя. Вызывающие хохот в зале военные авантюры и эскапады постоянно попадающего впросак незадачливого героя принесли фильму огромную популярность. Картина вызвала гнев идеологов кинокомитета и повлекла за собой запрет на профессию.
Спасительной для Владимира Мотыля оказалась созданная к тому времени уникальная студия Григория Чухрая, которая имела право выбирать сценарии и режиссеров. Экспериментальная киностудия в 1969 году пригласила опального режиссера на постановку сценария «Пустыня»… Это вылилось в фильм «Белое солнце пустыни». Борьба за установление советской власти в Средней Азии была только фоном. Этот советский «вестерн» стал культовым, он оказался бестселлером как в советском, так и в мировом прокате кино. В течение нескольких десятилетий на телеэкранах не прекращаются показы фильма, признанного критиками и зрителями классикой. Иностранные компании периодически возобновляют покупку прав на этот фильм.
К 150-летию восстания декабристов в 1975 году Мотыль поставил фильм «Звезда пленительного счастья», но режиссер подошел к этой теме с неожиданной стороны. Картина рассказывает не о тайном обществе и не восстании на Сенатской площади, а о событиях, происшедших уже после него – об испытаниях, которые выпали на долю жен декабристов, последовавших за ними в Сибирь. Этот фильм также был единодушно признан кинокритикой и публикой.
Успех фильмов Мотыля стал все более раздражать партийное руководство. Он систематически отказывался от «современности», от агитсюжетов, славящих советский образ жизни. Ему это не прощали. Его не включали в делегации, выезжавшие за рубеж, где показывались его фильмы, не подпускали его фильмы к международным конкурсам, обходили званиями, наградами. Даже его коллегам не нравилось, что этот режиссер постоянно живет в особом режиме – отказывается войти в штат какой-либо киностудии, где давно отработана система принуждения штатных режиссеров.
Фильм Владимира Мотыля «Лес» (1980 год), снятый по мотивам пьесы А.Н. Островского, запретили. Показанное в фильме ханжество, лицемерие, бездушие, разгул низменных страстей и самодурство слишком были похожи на пороки правящей партийной элиты конца 1970-х годов.
Мотыля вторично изгоняют из кино. Но он был приглашен в Останкино в творческое объединение «Экран» телецентра «Останкино» на должность художественного консультанта телефильмов молодых режиссеров.