Василий Сергеевич Котлов родился 2 января 1919 года в деревне Губино Угранского района Смоленской области.
После окончания семи классов школы и школы ФЗУ Метростроя работал слесарем на строительстве Московского метрополитена. Окончил аэроклуб, после чего был в нём лётчиком-инструктором.
В 1937 году Котлов был призван на службу в Красную Армию.
В 1938 году он окончил Борисоглебскую военную авиационную школу лётчиков.
Участвовал в советско-японской войне.
С января 1950 по июль 1970 — лётчик-испытатель НИИ ВВС (1-е Управление).
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 сентября 1957 года за "мужество и героизм при испытании новой авиационной техники" удостоен высокого звания Героя Советского Союза.
Командировался во Вьетнам для обучения местных лётчиклв применению ракет системы "воздух-воздух". В 1970 году в звании полковника Котлов был уволен в запас. Проживал в посёлке Чкаловский в черте города Щёлково Московской области.
Почётный гражданин Ханоя.
Заслуженный лётчик-испытатель СССР (14.03.1961).
Похоронен на Федеральном военно-мемориальном кладбище в Мытищах.