Родился 16 января 1924 года в Москве. В 1943 году поступил в только что созданную школу-студию МХАТ (курс И. М. Раевского), которую окончил в 1947 году; в том же году был принят в труппу Художественного театра. На сцене МХАТа дебютировал в 1948 году в роли Апреля в спектакле «Двенадцать месяцев» по сказке С. Я. Маршака.
С Художественным театром была связана вся творческая биография актёра; на этой сцене он сыграл десятки ролей классического и современного репертуара; после раскола МХАТа в 1987 году стал актёром МХТ им. Чехова. В 1986—2001 годах одновременно был директором музея МХАТа.
В советском кинематографе дебютировал в 1949 году в роли майора Кузьмина в фильме Григория Александрова «Встреча на Эльбе». Особенно запомнился как исполнитель роли К. К. Рокоссовского в киноэпопее Ю. Н. Озерова «Освобождение».
Владлен Семёнович Давыдов — замечательный артист, красивый мужчина. Талантливый, харизматичный. Его роли всегда запоминаются. «Встреча на Эльбе», «Застава в горах», «Кубанские казаки», «Хождение по мукам», «Человек-амфибия«, «Выстрел», «Освобождение«, «Табачный капитан», «Сицилианская защита и другие.
Один из классических актёров «чеховского театра». Всего во МХАТе и в кино сыграл около 100 ролей.
Всю жизнь Владлен Семёнович собирал архив, вёл запись событий мхатовской жизни во всех её проявлениях. О своем любимом артисте он составил сборник «Борис Георгиевич Добронравов. Статьи. Воспоминания. Документы»; один из составителей «Книги о Евгении Александровиче Евстигнееве».
Долгие годы Владлен Семёнович был директором музея МХАТа, по крупицам собирал его архив, готовил уникальные экспозиции. Но в 2000 году его уволили, а архив просто оставили пылиться. Владлен Давыдов переживал прощание с профессией очень остро, считая, что театр его мечты просто убили…
Со своей будущей женой Маргаритой Анастасьевой Владлен Давыдов познакомился в Школе-студии МХАТ. Они прожили вместе 67 лет.
Скончался 30 июня 2012 года в Москве. Похоронен на Ваганьковском кладбище (43 уч.)
Самая светлая память великолепному артисту Владлену Семёновичу Давыдову.