На первых порах мальчик получил домашнее образование, а затем поступил в Нижегородский дворянский институт, по окончании которого оправился в Казань, где поступил на камеральное отделение университета. Здесь особенно привлекло юношу изучение химии. Возникновению такого предпочтения послужило и то, что этот предмет преподавал А.М. Бутлеров, который не только блестяще читал лекции, но и основал лабораторию, в которой студенты могли производить научные опыты. Профессор заметил умного и старательного подопечного и назначил его на должность лаборанта. А когда Бутлеров заболел, то поручил Марковникову читать лекции по своему курсу.
Начинающий преподаватель решил не тратить времени зря и начал готовиться к экзамену на получение ученой степени магистра химии. Свои исследования он посвятил изучению изометрии, явлению, когда отдельные химические соединения, имеющие одинаковый молекулярный вес, имеют различные свойства.
А.М. Бутлеров достойно оценил этот труд, и Марковников в мае 1865 года блестяще защитил свою научную работу. После этого события Марковникова направили на стажировку в Германию. Находясь за границей, Владимир Васильевич изучает опыт лучших немецких лабораторий и ведет собственные исследования.
Вернулся Марковников на родину сформировавшимся тридцатилетним ученым, известным по своим публикациям в различных научных журналах. С собой он привез множество химических реактивов и приборов. Профессор Бутлеров добился для своего любимого ученика и коллеги должностей доцента и члена совета Казанского университета. Осенью 1867 года Владимир Васильевич приступил к своим обязанностям. Он читает курс общей химии и совершенствует работу лаборатории. В то же время Марковников пишет докторскую диссертацию «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях». Он разрабатывает теорию строения, согласно которой на свойства веществ влияют не только качество и количество атомов в молекулах, но и их взаимное расположение. В апреле 1869 года состоялась защита, и ученый получает должность профессора на кафедре химии.
Работа Марковникова обратила на себя внимание других ученых. Она была переведена на другие языки и стала достоянием всего мирового научного сообщества.
В это время ряд реакционных сотрудников Казанского университета добился увольнения передового ученого П.Ф. Лесгафта, и Марковников вместе с шестью своими коллегами в знак протеста увольняется из родного вуза. Он переезжает в Одессу, где продолжает преподавательскую и научную работу. А в 1872 году Владимира Васильевича приглашают в Московский университет на должность заведующего кафедрой органической химии. Марковников наиболее значительное внимание уделял изучению состава нефти и нафтенов, алициклических углеводородов.
Следуя примеру Бутлерова, он особенное внимание уделяет работе студентов в лаборатории. Результаты опытов обсуждались на коллоквиумах. Благодаря этому, удалось значительно поднять уровень обучения, и кафедра химии заняла одно из первых мест в России.
В конце девятнадцатого века произошли весомые изменения в российской промышленности. Для двигателей моторов автомобилей и пароходов требовалось качественное топливо. Марковников не только исследовал свойства керосина и бензина в лаборатории университета, но и выезжал на нефтяные месторождения и там производил экспертизы. Он нашел решение по использованию мазута, по получению смазочных масел и ароматических веществ.
В 1883 году Владимир Васильевич Марковников в соавторстве с В.Н. Оглоблиным написал «Исследование кавказской нефти». За эту работу ученые получили премию имени Ильенкова от Петербургского университета. В исследовании были определены состав нефти и ее фракций.
В 1900 году в Париже состоялся первый международный нефтяной конгресс, на котором Марковников выступил с докладом «Химия русской нефти», за что был награжден золотой медалью.
Ученый пропагандировал свою науку и способствовал развитию лабораторий. В 1901 году широко отмечалось сорокалетие его научной деятельности, на котором с приветственной речью выступил академик К.А. Тимирязев. Через три года Марковникова не стало, но вся его жизнь и честная работа во благо науки и родины могут служить примером для воспитания новых поколений исследователей.