Народився в Києві в родині відомого українського письменника Гната Мартиновича Хоткевича. Після закінчення семирічної школи та індустріально-технічної профшколи в 1930 році вступив до Харківського механіко-машинобудівного інституту (який закінчив у 1935 році, отримавши спеціальність інженера-дослідника в галузі фізики). З 1932 до 1950 року працював в Українському фізико-технічному інституті — препаратором, лаборантом та інженером. З 1938 року був старшим науковим співробітником.

Наукову роботу розпочав під керівництвом професорів Льва Васильовича Шубникова та Бориса Георгійовича Лазарєва.

Перша наукова публікація, присвячена теплоємності надпровідних сплавів, з’явилася в 1936 році. З 1941 до 1944 року перебував в евакуації у м. Алма-Ата (Казахстан). У 1943 році захистив кандидатську дисертацію в Казахському університеті. У 1944 році повернувся до Харкова, брав активну участь у відновленні кріогенної лабораторії українського фізико-технічного інституту. Був нагороджений медаллю «За доблесну працю у Великій Вітчизняній війні 1941–1945 років» і грамотою Верховної Ради Казахської РСР.

Упродовж 1951–1954 років був доцентом, а впродовж 1954–1958 років — професором фізико-математичного факультету Харківського державного університету. У 1958–1963 роках завідував кафедрою, а в 1959–1963 роках був деканом фізико-математичного факультету Харківського державного університету.

У 1954 році захистив докторську дисертацію, а в 1956 році був затверджений у званні професора. У 1963–1966 роках був проректором Харківського державного університету з наукової роботи.

З 1966 до 1975 року перебував на посаді ректора Харківського державного університету. З 1975 року — на посаді завідувача кафедри експериментальної фізики, а з 1979 року — завідувача кафедри фізики низьких температур Харківського державного університету.

У 1967 році був обраний членом-кореспондентом АН УРСР. Опублікував понад 200 робіт з фізики металів, проблем вищої школи. Під його науковим керівництвом було захищено 15 кандидатських дисертацій.

Володимир Гнатович Хоткевич був удостоєний урядових нагород: ордени Леніна (1967 рік), ордена Трудового Червоного Прапора (1971 рік), ордени «Знак Пошани» (1961 рік), медалей. У 1969 році був обраний почесним доктором Познанського університету імені Адама Міцкевича (Польща). Брав активну участь у суспільному житті.