Владимир Машков родился 27 ноября 1963 года в городе Тула. Мальчик вырос в актерской семье. Вскоре после рождения Володи семья переезжает в Новокузнецк, а потом в Новосибирск. Почти все детство провел за кулисами кукольного театра, где работали его родители, а в старших классах даже водил кукол в эпизодах.
После школы Машков собирался стать биологом и поступил в Новосибирский университет. Но на втором курсе бросил его и перешел учиться в Новосибирское театральное училище. Но за драку будущего актера из училища выгнали, и тогда Владимир уехал в Москву, поступив в Школу-студию Московского Художественного Академического Театра.
Но и здесь Машкова за плохое поведение на год отстраняют от учебы. Владимир устроился работать в МХАТ декоратором. Одновременно снова начинает заниматься на курсе у Олега Табакова, оканчивает школу-студию МХАТ в 1990 году и затем переходит в его театр.
В кино Машков дебютировал в ленте «Зеленый огонь козы». Самую громкую славу и лавры принесли актеру фильмы «Вор» и «Лимита». За них Машков получил награды «Киношок», «Ника», «Золотой овен», «Кинотавр» и премию кинофестиваля «Молодые звезды Европы». В 1994 году Владимир Машков пробует себя как театральный режиссер и ставит спектакли «Звездный час по местному времени», «Страсти по Бумбарашу», «Смертельный номер», «Трехгрошовая опера» в различных столичных театрах.
Через три года режиссерским кинодебютом Машкова стала комедия «Сирота казанская». В 2001 году актер начал сниматься в Голливуде в фильмах «Американская рапсодия», «Танцы в голубой игуане», «В тылу врага». Среди российских лент с участием Машкова последних лет наиболее известны — «Олигарх», «Идиот», «Папа», «Статский советник», «Охота на пиранью», «Ликвидация», «Кандагар», «Распутин», «Пепел», «Григорий Р.», «Родина».
За лучшего исполнителя мужской роли в фильме «Ликвидация» Владимир Львович Машков получил приз «ТЭФИ-2008».
Машков Владимир Львович 6 апреля 2018 года назначен художественным руководителем Театра Табакова «Табакерка, а через месяц стал художественным руководителем Московской театральной школы Олега Табакова.
Всего в фильмографии актера более 40 киноролей. На ноябрь 2018 года Народный и Заслуженный артист России, лауреат различных кинематографических и театральных премий Владимир Машков востребован и как актер, и как режиссер, продолжает много работать.
Указом Президента Российской Федерации Владимира Путина от 23 августа 2019 года Владимир Львович Машков награжден Орденом Почета за большой вклад в развитие отечественной культуры и искусства, многолетнюю плодотворную деятельность.
Правительством Российской Федерации 2 марта 2020 года Владимир Машков удостоен премии в области культуры за фильм «Движение вверх»