В 1938 году закончил Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова. В 1940 г. защитил кандидатскую, а в 1942 г. — докторскую диссертацию.

Вплоть до середины 1941 г. занимался классической и квантовой электродинамикой, а также теорией частиц с высшими спинами.

Сам Виталий Лазаревич говорит: «Войну мы в какой-то мере ждали и опасались её, но не готовились к ней, жили надеждой, что «пронесёт». Не собираюсь обобщать, но именно такая атмосфера царила в теоретическом отделе ФИАНа (Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР). Когда же «не пронесло», то начали, в ожидании призыва в армию или каких-то иных перемен в жизни, искать применения своим силам, могущего оказаться полезным для общества. Так я, в частности, занялся вопросами распространения радиоволн в ионосфере. Но эти и другие подобные занятия оставались, по крайней мере в моем случае, далёкими от каких-либо конкретных оборонных применений. Поэтому я продолжал работать в разных направлениях под действием тех или иных импульсов или влияний…»

С 1940 года совместно с Л. Д. Ландау занимается созданием теории сверхтекучести гелия II и разрабатывает т.н. эффект Гинзбурга–Ландау.

В начале работ по производству ядерного оружия в СССР академик Курчатов привлёк к его созданию И. Е. Тамма, возглавлявшего теоретический отдел ФИАНа. Заместителем И. Е. Тамма в тот момент был доктор наук В. Л. Гинзбург.

Сам Виталий Лазаревич вспоминает об этом так: «Я же вообще послан на объект не был и остался в Москве во главе небольшой «группы поддержки» что ли. Нам давали задания, иногда приезжали Тамм и Сахаров… Итак, я был признан неблагонадёжным и на объект меня не послали. Очень рад этому, ибо «закрытой» работы после отъезда Тамма и Сахарова у меня было мало и я мог заниматься работой «для души». Дело не в том, что я манкировал, а в том, что расчёты и матфизика не моя стихия, а именно этим теперь нужно было заниматься. Поэтому я обрадовался, когда в 1950 г. по инициативе А. Д. Сахарова и И. Е. Тамма начались исследования в области управляемого термоядерного синтеза. На первом этапе это была, конечно, физическая задача, и я ею тоже занялся, кое-что сделал… В 1955 г. послали в составе экспертной комиссии во главе с И. Е. Таммом к Ю. Б. Харитону. Но меня тогда настолько всё это не интересовало, что ничего даже не помню из показанного нам. После этого не делал абсолютно ничего «закрытого», но числился «секретным» до 1987 г. – еще целых 32 года (а может быть, числюсь и до сих пор). Меня много раз не пускали в этой связи за границу, мотивируя «возражениями Средмаша». Это издевательство продолжалось до 1987 г., хотя я и писал письма Брежневу, Зимянину, Рябеву, не говоря уже о письмах в Президиум АН СССР». Надо отметить, что немалую роль в том, что Гинзбурга в итоге выпустили за границу, сыграл Андрей Дмитриевич Сахаров, лично поручившийся за Гинзбурга.

С 1942 года работает в физическом институте Академии Наук им. П. Н. Лебедева, где с 1971 по 1988 год руководит отделом теоретической физики им. И. Е. Тамма.

С 1945 года — профессор Горьковского (Нижегородского) Государственного Университета. С 1968 года — Московского Физико-Технического Института (МФТИ, ФизТех).

Гинзбург должен был стать одной из главных фигур в «процессе физиков», который готовился вслед за разгромом генетиков на сессии ВАСХНИЛ 1948 года. В «Литературной газете» уже появилась разгромная статья под авторствомакадемика Немчинова, в которой Виталий Лазаревич причислялся к космополитам. Спасло Гинзбурга участие в «Атомном проекте». Да и само Всесоюзное совещание по физике было отменено – Сталин не мог не прислушаться к протестам тех, кто создавал ему ядерное оружие.

В. Гинзбург: «Думаю, что женатый на репрессированной, космополит и еврей, я был бы в тот период арестован и, вероятно, погиб вместе с женой. Но как раз в 1947 г. началась моя закрытая работа и я тем самым получил «охранную грамоту»… Я был в самом конце 1953 г. даже довольно щедро награждён – получил орден Ленина и Сталинскую премию 1 степени… А тут ещё в 1953 г. выбрали член-корреспондентом АН СССР. Несомненно, здесь тоже сыграла роль указанная «закрытая» работа, хотя и без этого был автором многих (и позволю себе сказать, в ряде случаев неплохих) работ. Но кто бы стал меня избирать, если бы не одобрение И. В. Курчатова».

Что же касается участия в «Атомном проекте», то самым точным мнением на этот счёт будут слова самого Виталия Лазаревича: «К великому счастью, мне не пришлось заниматься конкретными «бомбовыми» вопросами, участвовать в каких-либо испытаниях и обсуждениях. Но всё равно возникает вопрос об ответственности… Все физики, и не только физики в СССР, с которыми мне пришлось общаться и разговаривать на эти темы, в те времена (до разоблачения роли Сталина и его режима) считали, что создание атомного оружия в СССР оправдано для обеспечения какого-то равновесия с США и предотвращения ядерной войны. Возможность того, что Сталин может при первом же удобном случае злоупотребить обладанием страшного оружия не только для его применения, но и для шантажа, мне никогда даже не приходила в голову, и я ни от кого об этом тогда не слышал. Ни я, ни кто-либо, кто был со мной вполне откровенен, ведь не понимали, что, по остроумному замечанию Черчилля, Сталин и Гитлер «различаются лишь формой усов». Теперь-то (и, конечно, уже давно) я понимаю, что при тоталитарном, диктаторском режиме Гитлера, Сталина, Мао Цзедуна или диктаторов рангом пониже всё возможно, и самое страшное оружие (атомное, бактериологическое и любое другое) вполне может быть использовано. Если не говорить о равновесии страха, то только демократическая форма правления и международное сотрудничество способны этому помешать и до какой-то степени гарантировать безопасность людей».