Василий Илларионович Гамаюн родился в 1921 году в посёлке Щербиновка (ныне — Торецкий городской Совет Донецкой области Украины) в рабочей семье. По национальности украинец. После окончания семи классов школы и школы фабрично-заводского ученичества работал машинистом на железной дороге.

В 1940 году Гамаюн был призван на службу в Рабоче-Крестьянскую Красную Армию Дзержинским районным военным комиссариатом Сталинской области Украинской ССР. С 15 июля 1942 года — на фронтах Великой Отечественной войны. Воевал на Карельском, Воронежском и 1-м Украинском фронтах. Совершал боевые вылеты на штурмовки, прикрытие операций наземных сил, воздушную разведку. Только за один день 21 октября 1943 года Гамаюн совершил 4 боевых вылета. Во время четвёртого из них он был атакован группой немецких истребителей, был подбит, но сумел совершить 2 захода на заданную цель, выполнив боевое задание.

К концу октября 1943 года лейтенант Василий Гамаюн воевал старшим лётчиком 235-го штурмового авиационного полка 264-й штурмовой авиационной дивизии 5-го штурмового авиационного корпуса 2-й воздушной армии 1-го Украинского фронта. К тому времени он совершил 80 боевых вылетов на штурмовку скоплений боевой техники и живой силы противника, его важных объектов, нанеся ему большой урон. За это командир 235-го штурмового авиационного полка, майор В. Н. Коряков представил Гамаюна к званию Героя Советского Союза.

1 сентября 1944 года во время очередного боевого вылета Гамаюн был сбит зенитной артиллерией врага. Свою горящую машину лётчик направил на скопление вражеских войск, погибнув при взрыве.