Владимир Михайлович Петляков родился 15(27) июня 1891 года в с. Самбек, ныне Новошахтинского горсовета Ростовской области; умер — 12 января 1942 года в Казани.
В 1922 окончил Московское высшее техническое училище (МВТУ) им. Баумана.
В 1917—18 работал техником в аэродинамической лаборатории МВТУ под руководством Н. Е. Жуковского, в 1921—36 — в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) под руководством А. Н. Туполева, с 1936 — главный конструктор на авиационном заводе.
Петляков непосредственно участвовал в организации и развитии металлического самолётостроения в СССР, в частности в 1925—35 совместно с инженером-конструктором В. Н. Беляевым разработал методы расчёта прочности и развил теорию конструирования металлических многолонжеронных крыльев.
Руководил созданием и внедрением в серийное производство первых тяжёлых бомбардировщиков ТБ-1 и ТБ-3 (1930—35), высотного пятимоторного бомбардировщика дальнего действия Пе-8 (1935—37), пикирующего бомбардировщика Пе-2 (1939—40).
Государственная премия СССР (1941). Награжден 2 орденами Ленина и орденом Красной Звезды.