נולד בכפר בשם קוקארקה שבאימפריה הרוסית, תחת השם ויאצ'סלב מיכאילוביץ' סקריאבין. אם המשפחה הייתה ממשפחת סוחרים אמידה. למד בקאזאן.
הצטרף למפלגת הפועלים הסוציאל-דמוקרטית הרוסית בשנת 1906. נעצר בשנת 1909 וגורש לעיר וולוגדה. שוחרר בשנת 1911 והחל את לימודיו במכון הפוליטכני בסנקט פטרבורג. בשנים 1912–1913 היה בין העורכים של עיתון פראבדה. בשנת 1915 נעצר וגורש לסיביר. לאחר בריחתו נבחר לוועדה המרכזית של המפלגה הבולשביקית. באותה תקופה הוא החליף את שמו למולוטוב (פירוש המלה "מוֹלוֹט" ברוסית: פטיש ו"-וֹב" היא סיומת נפוצה).
בשנת 1918 עבד עם זינובייב בתפקידי ניהול בפטרוגרד. במשך מספר שנים עבד במנגנון המפלגתי באזורים שונים עד שבשנת 1921 הועבר למוסקבה. מולוטוב החל לעבוד תחת יוסיף סטלין כבר בשנת 1922. לאחר מות לנין תמך בסטלין במאבקיו מול טרוצקי, זינובייב וקמנייב. בשנת 1926 הוא הצטרף לפוליטבירו ובמהלך 1928 - 1930 סייע לטהר את המפלגה הקומוניסטית מכל החברים שהתנגדו לסטלין.
בשנת 1930 התמנה לתפקיד ראש הממשלה (председатель СНК СССР и Совета Труда и Обороны).
ביחד עם סטלין חתם על כל הפקודות החשובות להוצאה להורג בשנות ה-30.
במאי 1939 הוא התמנה לשר החוץ הסובייטי, וב־23 באוגוסט 1939 חתמה ברית המועצות על הסכם אי-התקפה עם גרמניה הנאצית, הסכם ריבנטרופ–מולוטוב (על שמם של שני שרי החוץ).
בשנת 1940, במהלך החגיגות ליום הולדתו ה-50, הוחלף שם העיר פרם למולוטוב. בשנת 1957 הוחזר שם העיר להיות פרם.
בתקופת מלחמת העולם השנייה היה שר חוץ פעיל. השתתף בשיחות רבות עם האנגלים והאמריקאים. הוא נפגש באופן חשאי עם הנשיא פרנקלין רוזוולט ובשיחותיהם סוכם על הסכמי "השאל החכר" של ציוד צבאי אמריקני לרוסיה.
לאחר המלחמה המשיך בפעילות בינלאומית. היה תומך פעיל בהקמת מדינת ישראל. בשנת 1949 שוחרר מתפקידיו. אשתו היהודייה פולינה מולוטובה נעצרה. סטלין דרש ממנו להתגרש ממנה, אחרי שהועמדה לדין באשמת בגידה בשלטון[1][2]. בשנת 1952 לא נבחר מחדש לתפקידי מפתח במפלגה. ייתכן שחייו בתקופה זו אף הם היו בסכנה.
בשנת 1953, לאחר מות סטלין, תמך בחרושצ'וב והוחזר לתפקיד שר החוץ עד שנת 1956. אך במהרה התגלעו חילוקי דעות בינו לבין חרושצ'וב במספר נושאים במדיניות החוץ של המדינה. בשנת 1957 פעל להדחת חרושצ'וב בהיותו מראשי הקבוצה האנטי-מפלגתית, והועבר לתפקידים זוטרים, ביניהם שגריר למונגוליה. במהלך ההכנות לוועידה ה-22 של המפלגה הקומוניסטית של ברית המועצות מתח ביקורת על מצעה החדש של המפלגה. בעקבות כך, הוצא משורות המפלגה, ובשנת 1963פרש לגמלאות.