Родился в Москве в семье железнодорожного служащего, рано начал работать, занимался самообразованием. Первый рассказ «Мелкий случай» опубликовал в журнале «Развлечение» в 1903 году. В ранних произведениях Костылев описывал быт городских окраин, жизнь бедноты. В годы Октябрьской революции В.И. Костылев работал в большевистской печати, сотрудничал в московских газетах. Большое влияние на писателя оказали его переписка и общение с М.Горьким, знакомство с В.В. Вересаевым, А.Н. Толстым и А.Серафимовичем.

В 1918-1922 годах Костылев жил в Воскресенском уезде Нижегородской губернии. Был редактором уездной газеты. В 1922 году по приглашению редакции газеты «Нижегородская коммуна» переехал в Нижний Новгород (Горький), где жил и работал до 1948 года.

Первое большое произведение писателя - роман «Хвойный шторм» (1935), посвященный событиям гражданской войны в Заволжье. Впоследствии роман был заново переделан автором и под новым названием «Счастливая встреча» издан в 1943 году.

В 1930-е годы выступил как исторический романист. Тема романа «Питирим» (1936) - борьба Нижегородского епископа Питирима против старообрядцев, враждебных государственным преобразованиям Петра I. В романе «Жрецы» (1937) изображено начало царствования Елизаветы Петровны, национальное движение мордвы в Нижегородской губернии. В 1939 году появился роман В.И. Костылева «Кузьма Минин»; в 1942 - одноименная историческая драма. В трилогии «Иван Грозный» («Москва в походе», 1943, «Море», 1946, «Невская твердыня», 1947) обрисована роль Ивана IV в образовании централизованного Русского государства. Иван Грозный изображен царем, все дела которого подчинены интересам народа.

Лауреат Сталинской премии (1948) - за трилогию «Иван Грозный».

Депутат Верховного Совета РСФСР 2-го созыва (1947-1950) от города Горького.

С 1948 года жил в Москве, похоронен на Новодевичьем кладбище.

Награды: орден Трудового Красного Знамени (14.03.1944).

Память: его именем названа улица в Автозаводском районе Нижнего Новгорода.