Василий Иванович Баженов родился в феврале 1737 года в селе Дольское Калужской губернии в семье священнослужителя. Когда мальчику было три месяца, его отца перевели в Москву псаломщиком, вместе с ним туда переехала и его семья.
Отец отдал сына в певчие в Страстной монастырь. Однако Василий проявлял немалые способности к рисованию, сам стремился к искусству. В 1753 году он добился своего, поступив в архитектурную школу Д. В. Ухтомского. Зодчий высоко оценил талант молодого человека и записал его в гимназию при Московском университете. В 1755 году Василий Баженов поступил в Московский университет. При переводе Академии художеств из Москвы в Санкт-Петербург, Баженов оказался одним из студентов, зачисленных в петербургскую академию. Одним из учителей юноши был С. И. Чевакинский, привлекший его к работам на строительстве Никольского собора.
После окончания Академии художеств Василия Баженова отправили в поездку во Францию и Италию. В Париже он обучался у профессора Дюваля, архитектора Шарля де Вайи. В Италии Василий Баженов удостоился дипломов Флорентийской, Клементийской и Болонской академий. В 1765 году он получил личное предложение Людовика XV остаться во Франции в качестве придворного архитектора, от чего решил отказаться.
В Санкт-Петербург молодой архитектор вернулся 2 мая 1765 года. Академия художеств присвоила ему звание академика. Но обещанную профессорскую должность и соответствующее денежное содержание дали не сразу. Таким решением президента Академии Бецкого Баженов оказался недоволен, после чего подал прошение об увольнении от академической службы.
По поручению Екатерины II Василий Баженов разрабатывал проект здания Института благородных девиц (Смольного института). Эта работа удовлетворила многих специалистов, но реализовывать проект Баженова не стали. Возможно, такому решению императрицы способствовало членство архитектора в масонской ложе и сотрудничество с её сыном Павлом Петровичем. Здание института позже было спроектировано Д. Кваренги.
Графом Орловым Василий Баженов был принят на службу в артиллерийское ведомство, где получил звание капитана артиллерии. Для данного ведомства зодчий построил здания арсеналов в Санкт-Петербурге и Москве. В 1767 году вместе с Орловым архитектор вернулся в Москву. Граф пытался восстановить свои утраченные позиции при дворе, при помощи зодчего старался угодить императрице. По заданию Орлова Баженов разработал проект реконструкции Кремлёвского дворца. После его принятия были начаты строительные работы, вырыт котлован под фундамент. Однако дальше работы не пошли, Екатерина II приказала котлован засыпать. Незавершённым оказался и проект Баженова усадьбы в Царицыно, постройки показались Екатерине II слишком маленькими и тесными.
После отстранения от службы Василий Баженов занимался частными заказами. К этому периоду творчества архитектора принадлежит дом П. Е. Пашкова (здание Российской государственной библиотеки).
В 1792 году Василий Баженов был назначен архитектором Адмиралтейств-коллегии, вернулся в Санкт-Петербург. Архитектор строил для великого князя Павла дворец на Каменном острове, возводил постройки в Гатчине и Павловске.
После смерти Екатерины II Павел I приблизил Баженова к императорскому двору. Архитектор получил звание статского советника, должность вице-президента Академии художеств и имение Глазово с тысячей крепостных крестьян. Для Павла I Василий Баженов спроектировал Михайловский замок, но построить его довелось В. Бренне. Итальянец оказался более сговорчивым с заказчиком в вопросе сроков строительства. Император требовал неимоверной спешки, в условиях которой Баженов работать не смог.
Василий Иванович Баженов умер 2 августа 1799 года, был похоронен в своём имении Глазово.
