Владимир Николаевич Гаврилов родился 18 апреля 1921 года в городе Детское Село (ныне — город Пушкин в черте города федерального значения Санкт-Петербурга) в рабочей семье. По национальности русский.

После окончания десяти классов школы Гаврилов поступил на учёбу в Ленинградский институт водного транспорта. В 1939 году по комсомольской путёвке он был призван на службу в Военно-морской флот СССР. В 1940 году Гаврилов окончил школу младших авиационных специалистов Харьковского военного округа, в 1941 году — Военно-морское авиационное училище имени С. А. Леваневского.

С апреля (по другим данным, в марта) 1942 года — на фронтах Великой Отечественной войны. Воевал воздушным стрелком-бомбардиром 3-й эскадрильи 24-го минно-торпедного авиационного полка 5-й бомбардировочной авиационной бригады ВВС Северного флота. Входил в состав экипажа капитана А. А. Баштыркова. Совершал боевые вылеты на поиск и торпедирование боевых кораблей и транспортов противника в заливе Варенгер-фьорд в Баренцевом море, бомбардировку аэродромов и военно-морских баз противника в северной Норвегии и Финляндии. В общей сложности Гаврилов со своими товарищами совершил 11 боевых вылетов, во время которых повредил 2 подводные лодки и ряд транспортов.

14 января 1943 года Гаврилов сумел точно вывести самолёт на цель и с дистанции 350-400 м сбросить торпеды по скоплению кораблей на внешнем рейде военно-морской базы Варде у островов Хорней и Рейней. В результате этой атаки был потоплен вражеский транспорт водоизмещением 8000 т. При развороте на курс отхода самолёт был подбит, и экипаж принял решение направить горящую машину во флагманский транспорт, в полном составе погибнув при взрыве.

26 января 1943 года командир 24-го минно-торпедного авиационного полка подполковник Н. Н. Ведмеденко посмертно представил Гаврилова к званию Героя Советского Союза, однако командир 5-й авиационной бригады ВВС Северного флота полковник Н. М. Кидалинский снизил статус награды до ордена Отечественной войны 1-й степени, которым лётчик и был награждён приказом № 9 по Северному флоту от 4 февраля 1943 года. Тем не менее, Указом Президиума Верховного Совета СССР 22 февраля 1943 года звание Героя Советского Союза всё же было посмертно присвоено командиру экипажа А. А. Баштыркову и воздушному стрелку-бомбардиру В. Н. Гаврилову.