В середине 1920-х годов поступил в Государственный техникум кинематографии и стал работать в сфере мультипликации. В 1936 году пришел на "Союзмультфильм", где начинал в должности художника, а затем стал режиссером. Мультфильмы по его сценариям были удостоены многих международных наград.
Прошел Великую Отечественную войну. Вернувшись, преподавал на курсах для художников-мультипликаторов на базе "Союзмультфильма". В 1947 года, после ухода из "Союзмультфильма", перешел в Детгиз.
Наиболее известны его иллюстрации к произведениям Корнея Ивановича Чуковского и Самуила Яковлевича Маршака. Но также он иллюстрировал и книги зарубежных авторов: "Приключения Чиполлино" (первое издание на русском языке, ставшее каноном в советской иллюстрации и мультипликации), "Крошка Енот и тот, кто сидит в пруду" и многие другие.
Сутеева часто называли русским Андерсеном. В 1952 году он написал свою первую книжку-картинку ("Две сказки про карандаш и краски") и с тех пор вошел в детскую литературу и как автор детских сказок. Короткие поучительные истории, где почти к каждому предложению есть забавный рисунок, стали визитной карточкой писателя. Владимир Сутеев написал и проиллюстрировал 36 сказок, создал более 40 сценариев к мультфильмам. Книги с его иллюстрациями есть практически в каждом доме!