Владимир Горбунов родился в семье крестьянина.
Окончил реальное училище. По комсомольской путёвке был направлен в Ленинградскую военно-техническую школу Красного Воздушного Флота. После окончания учёбы проходил военную службу в качестве лётчика-инструктора во 2-й военной школе лётчиков Красного Воздушного Флота в г. Борисоглебске ( в дальнейшем Борисоглебское высшее военное авиационное ордена Ленина Краснознамённое училище лётчиков имени Чкалова В.П.). Окончил в 1931 году Московский авиационный институт.
Работал в КБ А. Н. Туполева, принимал участие в разработке чертежей и внедрении в серийное производство самолётов ТБ-3, Р-6, СБ, вместе с В. Ф. Болховитиновым проектировал тяжёлый бомбардировщик ДБ-А. С 1937 г начальник самолётного отдела Первого главного управления Народного комиссариата оборонной промышленности СССР.
В январе 1939 г. после создания Наркомата авиационной промышленности СССР, Горбунов переведён на должность начальника 4 отдела Первого Главного управления Наркомата.
В конце апреля 1939 — нач. 4 отдела Первого Главного управления НКАП Горбунов, сотрудники этого отдела Гудков и Лавочкин обратились с письмом к Наркому авиационной промышленности СССР с предложением создать самолёт с использованием нового материала дельта-древесины.
В конце мая 1939 — приказом НКАП было организовано ОКБ-301 на базе завода № 301 в Химках под коллективным руководством Горбунова, Лавочкина, Гудкова.
15 июля 1939 — приказом НКАП начальником ОКБ-301 был назначен Горбунов В. П.
29 августа 1939 — вышло Постановление Совнаркома СССР № 243 о постройке 2-х цельнодеревянных истребителей И-301 (по номеру завода).
1 сентября 1939 года приказом № 249 по Наркомату авиационной промышленности СССР Горбунов назначен руководителем работ по самолёту «СИ» И-301 (в будущем ЛаГГ-3) завода № 301 (Химки Московской области). Под руководством В. П. Горбунова над созданием самолёта работали С. А. Лавочкин, М. И. Гудков, Ю. Б. Струцель, С. М. Алексеев и другие. Горбунов возглавлял работы по ЛаГГ-3 до 14 декабря 1940 года (в этот день приказом НКАП руководителем ОКБ-301 был назначен М. И. Гудков).
После приказа НКАП № 430 от 10 октября 1940 г. о принятии ЛаГГ-3 в серию, Горбунов был направлен на завод № 31 вТаганрог в качестве главного конструктора — начальника ОКБ-31, для скорейшего внедрения самолёта в производство. 3 июля 1941 г. ОКБ-31, приказом НКАП было переведено из опытного в серийное конструкторское бюро (СКБ). В октябре 1941 г. завод № 31 и СКБ-31 были эвакуированы в Тбилиси. Вместе с заводом и СКБ был эвакуирован и Горбунов В. П. Под его руководством было продолжено совершенствование ЛаГГ-3 на заводе.
В 1944 году производство ЛаГГ-3 было прекращено, и в соответствие с приказом НКАП № 657 от 13 ноября 1944 года, КБ-31 под руководством Горбунова было перебазировано из Тбилиси на опытный завод морского самолётостроения №458 (ныне — ОАО «Дубненский машиностроительный завод им. Н. П.Фёдорова», пос. Иваньково г. Дубна Московской области), для разработки самолёта с использованием ТРД-двигателей.
В воcкресенье, 29 июля 1945 года, будучи на отдыхе на Иваньковском водохранилище и двигаясь на катере с рулевым, при резком и неожиданном манёвре, выпал за борт и утонул..
Урна с прахом в колумбарии на Новом Донском кладбище в г. Москве.
Горбунов являлся инициатором создания скоростного истребителя из дельта-древесины.
Будучи начальником отдела Народного комиссариата авиационной промышленности, Горбунов принял на себя ответственность перед Наркомом Кагановичем М. М. и, лично, И. В. Сталиным за успешную реализацию своей идеи. Вместе со своими подчинёнными — инженерами Лавочкиным и Гудковым, он взялся за проектирование и изготовление скоростного истребителя, ставшего в последующем знаменитым ЛаГГ-3.
Под руководством Горбунова созданы скоростные истребители ЛаГГ-1, затем ЛаГГ-3.
С 1941 по 1944 г. (до окончания производства самолёта) Горбунов занимался усовершенствованием и модернизацией ЛаГГ-3.
СКБ-31 под руководством В. П. Горбунова разработало новые для 40-х годов, особые «мягкие» бензобаки для самолёта, конструкция которых используется авиастроителями и по настоящее время.