Владимир Иванович Палладин родился 23 июля 1859 года в Москве в небогатой семье. В 1878 году он поступил в Московский университет, где лекции профессоров Горожанкина и Тимирязева пробудили в нём интерес к ботанике. После окончания курса его оставили при университете на два года для подготовки к профессорскому званию.

В 1886 году Палладин защитил магистерскую диссертацию «Значение кислорода для растений», а в 1889 году — докторскую работу на тему «Влияние кислорода на распад белковых веществ в растениях». Его труды актуальны и сегодня.

В том же 1889 году молодого учёного избрали профессором анатомии и физиологии растений Харьковского университета. В 1897 году он перешёл на ту же должность в Варшавский университет, а затем возглавил кафедру физиологии растений в Петербургском университете и на Высших Женских курсах. За границей его признавали первым русским фитофизиологом.

В 1893–1894 годах Палладин находился в научной командировке в Германии, где работал в лабораториях профессоров Р. Кюне (Гейдельберг) и Э. Шульце (Цюрих), а также посещал лаборатории П. Пфеффера (Лейпциг), Г. Фехтинга (Тюбинген) и Г. Кни (Берлин).

С 1897 года Владимир Иванович стал профессором и заведующим кафедрой физиологии и анатомии растений Варшавского университета, а также директором Варшавского помологического сада. Параллельно он читал лекции в Варшавском политехническом институте.

С 1901 года Палладин возглавлял кафедру физиологии растений Петербургского университета, а с 1904 года — кафедру ботаники на Высших Бестужевских курсах. Написал несколько статей по физиологии растений для энциклопедии Брокгауза и Ефрона.

В 1907 году Упсальский университет (Швеция) присвоил Владимиру Ивановичу степень доктора медицины (honoris causa).

В мае 1914 года Палладин стал действительным членом Петербургской Академии наук. С сентября того же года он перешёл на службу в Академию, оставив преподавание в университете.

В начале 1917 года учёный переехал в Крым из-за своего здоровья. Он читал лекции в Симферопольском университете и был директором Никитского Ботанического сада. Позже Палладин вернулся в Петроград.

Владимир Иванович скончался 3 февраля 1922 года, продолжая научную работу до последних дней своей жизни.