В 1963 году окончил Московский физико-технический институт и поступил в аспирантуру ФИАН, где работал в 1963—1970 годах под руководством академика Басова. В 1970 году по приглашению Мандельштама перешёл в Институт спектроскопии АН СССР, руководил отделом лазерной спектроскопии, занимал должность заместителя директора. Одновременно с 1972 года являлся профессором МФТИ.
Медаль имени В. С. Летохова
учреждена в 2012 году . Медалью награждаются молодые ученые за новаторские работы в области лазерной физики и спектроскопии и их приложений.