Absolvoval konzervatoř, ale odmítl napsat diplomovou práci, protože mu jako herci stačilo odehrát absolventské představení. Vladimír Dlouhý působil v Městkých divadlech pražských, v Divadle Rokoko, v Divadle Na Vinohradech a v Divadle Na zábradlí, kde začínal.
Jako malý chlapec Vladimír Dlouhý dostal hlavní dětskou roli v Kachyňově filmu Už zase skáču přes kaluže. Poté zazářil s Ondřejem Vetchým v pohádce S čerty nejsou žerty či v Arabele s Janou Nagyovou.
Později si Vladimír Dlouhý zahrál mj. ve filmech Báječná léta pod psa, Knoflíkáři, Jedna ruka netleská, Hlídač č. 47 a Kajínek, kde se potkal se svým mladším bratrem Michalem. Za výkon ve filmu Hlídač č. 47 (režie Filip Renč) získal Vladimír Dlouhý Českého lva za vedlejší roli.
Vladimír Dlouhý se věnoval i dabingu. Namlouval např. Toma Hankse.
Jeho posledním celovečerním filmem se stal snímek Kajínek. Za vedlejší roli byl Vladimíru Dlouhému udělen další Český lev - tentokrát in memoriam, protože ceny se už nedožil. V 52 letech zemřel na rakovinu žaludku.
Manželkou Vladimíra Dlouhého byla herečka Petra Jungmannová, která mu porodila dvojčata Jiřího a Jana. Petra Jungmannová byla jeho druhou ženou. S první měl dceru Danielu.