Родился 7 января 1935 г. в семье механика и разнорабочей. В 1952 году окончил среднюю школу № 2 городе Вязники с серебряной медалью. В 1958 году окончил Московский авиационный институт (МАИ), самолётостроительный факультет.
С июля 1958 года — инженер, с декабря 1960 года — старший инженер, с октября 1962 — начальник группы 9-го отдела ОКБ-1. В этом отделе занимался проектированием марсианского пилотируемого корабля (ТМК) под руководством М. К. Тихонравова. С сентября 1964 года — начальник группы 17-го отдела (отдел баллистики).
В мае-июне 1964 года был направлен на медицинское обследование в Центральном Военном научно-исследовательском авиационном госпитале (ЦВНИАГ) в качестве одного из 14 кандидатов от ОКБ-1 для полёта на первом трёхместном КК «Восход» в качестве космонавта-инженера. В июне 1964 года получил допуск медицинской комиссии к спецподготовке. Его кандидатура рассматривалась на заседании Мандатной комиссии 11 июня 1964 года, но к зачислению в группу он рекомендован не был.
В июле 1965 года прошёл медицинское обследование в ИМБП в качестве участника первого набора космонавтов в отряд ОКБ-1 (ныне РКК «Энергия») и был одним из 12 инженеров, прошедших все этапы отбора.
Весной 1966 года вновь прошёл обследование в ИМБП, 23 мая 1966 года прошёл мандатную комиссию в ЦКБЭМ и приказом № 43 был включён в первую группу кандидатов в космонавты-испытатели ЦКБЭМ на должность испытателя 731-го отдела, начальника группы кандидатов в космонавты-испытатели ЦКБЭМ.
В 1966—1968 годах учился в аспирантуре ЦКБЭМ, с 1968 года кандидат технических наук, с мая 1968 — космонавт-испытатель 731-го отдела. С марта 1968 года член КПСС. С июня 1969 года — старший научный сотрудник.
5 января 1969 года во время старта КК «Союз-5» был дублёром бортинженера корабля Алексея Елисеева.
С февраля 1969 года готовился в качестве бортинженера первого экипажа КК «Союз-6» по программе полёта трёх пилотируемых кораблей.
1-й космический полёт
С 11 по 16 октября 1969 года в качестве бортинженера КК «Союз-6» вместе с Г. С. Шониным по программе первого в мире группового полёта трёх КК («Союз-6», «Союз-7», «Союз-8»).
Во время полёта впервые в мире были проведены эксперименты по проведению сварочных работ в космосе на разработанной в Институте электросварки имени Е. О. Патона аппаратуре.
Позывной: «Антей-2». Продолжительность полёта: 4 суток 22 часа 42 минуты 47 секунд.
С 4 декабря 1969 года — космонавт-инструктор, космонавт-испытатель 3-го класса, 731-го (с октября 1973 — 071-го) отдела.
18 сентября 1970 — 20 марта 1971 года — проходил подготовку для полёта на ДОС «Салют-1» в качестве бортинженера второго экипажа по программе 1-й экспедиции вместе с Алексеем Леоновым и Петром Колодиным.
27 апреля — 27 мая 1971 года — проходил подготовку в качестве бортинженера основного экипажа КК «Союз-11» для полёта по программе 1-й экспедиции на ДОС «Салют-1» вместе с Алексеем Леоновым и Петром Колодиным.
4 июня 1971 решением Государственной комиссии основной экипаж отстранён от полёта из-за обнаруженного у В. Н. Кубасова затемнения в лёгких (позже выяснилось, что это лёгкая форма аллергии на цветение одного из растений на местности).
10 октября 1971 — 24 мая 1972 года — готовился в качестве бортинженера первого экипажа 1-й экспедиции на ДОС «Салют-2» вместе с Алексеем Леоновым. Полёт отменён из-за аварии РН «Протон» 29 июля 1972 года во время запуска ДОС на орбиту.
В августе—сентябре 1972 года готовился в качестве бортинженера первого экипажа к полёту по программе автономного полёта с целью испытания новых скафандров «Сокол-К». Полёт был отменён и совершён беспилотный полёт.
25 октября 1972 — 10 апреля 1973 года — проходил подготовку в качестве бортинженера первого экипажа 1-й экспедиции на ДОС «Салют-3» вместе с Алексеем Леоновым. Полёт отменён из-за аварии станции на орбите в мае 1973 года.
С мая 1973 года до июня 1975 года готовился в качестве бортинженера первого экипажа к полёту по программе «Союз — Аполлон»
С 1 января 1975 года — инструктор-космонавт-испытатель 3-го класса 111-го отдела головного конструкторского бюро НПО «Энергия».
2-й космический полёт
С 15 по 21 июля 1975 года в качестве бортинженера КК «Союз-19» вместе с Алексеем Леоновым по программе первого международного космического полёта.
В ходе полёта выполнена первая в истории стыковка двух КК разных стран — СССР и США (в состыкованном состоянии два корабля в совокупности пробыли 46 часов) и проведена работа на орбите вместе с экипажем КК «Аполлон» — Томасом Стаффордом, Вэнсом Брандом и Дональдом Слейтоном.
Позывной: «Союз-2». Продолжительность полёта: 5 суток 22 часа 30 минут 51 секунда.
С 5 мая 1977 года — инструктор-космонавт-испытатель 2-го класса 110-го отдела, начальник отдела головного конструкторского бюро НПО «Энергия».
22 августа 1977 — 9 июня 1978 года — подготовка в качестве командира второго советско-польского экипажа по программе экспедиции посещения ОС «Салют-6» вместе с Зеноном Янковским
20 ноября 1978 — 18 мая 1979 года — подготовка в качестве командира первого советско-венгерского экипажа по программе экспедиции посещения ОС «Салют-6» вместе с Берталаном Фаркашем. Полёт был отложен из-за аварии корректирующе-тормозной двигательной установки (КТДУ) на КК «Союз-33». В связи с этим с 3 сентября 1979 по 12 мая 1980 года продолжал подготовку в режиме поддержания тренированности в этом же экипаже по той же программе.
3-й космический полёт
С 26 мая по 3 июня 1980 года в качестве командира КК «Союз-36» вместе с Берталаном Фаркашем по советско-венгерской программе посещения ОС «Салют-6». На орбите работал вместе с экипажем основной экспедиции на ОС — Леонидом Поповым и Валерием Рюминым.
Позывной: «Орион-1». Продолжительность полёта: 7 суток 20 часов 45 минут 44 секунды.
И. А. Маринин, С. Х. Шамсутдинов, А. В. Глушко (составители). Советские и российские космонавты. 1960—2000 / Под редакцией Ю. М. Батурина. — М.: ООО Информационно-издательский дом «Новости космонавтики», 2001. — ISBN 5-93345-003-0.