Владимир Эфроимсон родился 21 ноября 1908 года в Москве «в интеллигентной обрусевшей еврейской семье» в доходном доме страхового общества «Россия» (Лубянка, 2), где после Октябрьской революции 1917 года разместились ЧК и НКВД. Его отец, Павел Рувимович Эфроимсон, был выпускником юридического факультета Киевского университета и работал банковским служащим и фондовиком. Мать, Елизавета Марковна Кроль, была сестрой милосердия, а дедушка — раввином.
Позже отца арестуют как «экономического контрреволюционера». Суд над ним сильно повлияет на убеждения и судьбу сына. «Я чувствовал себя совершенно опозоренным, ото всех отошёл, чтобы никого не компрометировать», — вспоминал В. Эфроимсон.
В 15 лет Владимир Эфроимсон досрочно окончил специализированную немецкую школу, а в 1925 году поступил на биологическое отделение физико-математического факультета МГУ, на кафедру экспериментальной зоологии Н.К. Кольцова, где также трудились классики генетики: М.М. Завадовский, Г.И. Роскин и других. Генетика увлекла Эфроимсона на всю жизнь.
В 1929 г. в главных университетах страны началась компания травли наиболее неугодных профессоров-генетиков. В Ленинграде - Ю.А. Филипченко, в Москве - С.С. Четверикова. Студент 4-го курса Владимир Эфроимсон в присутствии ректора А.Я. Вышинского на общем собрании университета выступил в защиту профессора Четверикова, которого обвиняли в троцкизме. С.С. Четверикова защитить не удалось, он был арестован и выслан на 3 года в Свердловск. За выступление в защиту Четверикова Владимир Эфроимсон был исключен из университета. Другой наставник Эфроимсона, знаменитый генетик Николай Константинович Кольцов, пытался ему помочь, характеризуя своего студента, как талантливого исследователя, но в университете его так и не восстановили. Тогда Эфроимсон продолжил обучение и занятия наукой в московской школе эволюционной генетики, основанной его университетскими учителями. При поддержке Н. К. Кольцова стал работать в Государственном рентгеновском институте Наркомздрава в лаборатории М.М. Завадовского, где изучал действие облучения на мутационный процесс.
В 1932 году сформулировал принцип равновесия между скоростью мутационного процесса и скоростью отбора в популяциях человека и на этой основе впервые предложил способ оценки частоты мутирования рецессивных сублетальных генов. Открытие было высоко оценено будущим Нобелевским лауреатом, американским генетиком Германом Мёллером, работавшим в те годы в СССР. Эфроимсон Он успел опубликовать несколько научных работ, но в декабре 1932 года был арестован и осуждён на три года лагерей в Горной Шории (Кемеровская область). Причиной ареста была его критика мичуринской агробиологии Лысенко Д.Л., а также его научные рассуждения о невозможности реализации лозунга, что «Любая кухарка может управлять государством».
После освобождения в конце 1935 года Владимир Павлович Эфроимсон уехал в Ташкент в Среднеазиатский институт шелководства, но в августе 1937 года его уволили из института - за выступление в защиту «менделизма-морганизма». В октябре того же года Эфроимсона обвинили в антисоветской деятельности, но дело затем закрыли за отсутствием состава преступления. После этого Эфроимсон уехал на Украину в Харьковскую область и сначала работал преподавателем немецкого языка в средней школе, а с 1938 года в г. Мерефа (Харьковской области), сотрудником на шелководческой станции. В мае 1941 г. Эфроимсон защищитил кандидатскую диссертацию.
Владимир Эфроимсон участвовал в Великой Отечественной войне с ноября 1941 года. Сначала он служил эпидемиологом в санитарном батальоне (ст. лейтенант, капитан медслужбы), позже его перевели в роту разведки в качестве переводчика немецкого языка. Награждён орденами Красной Звезды и Отечественной войны II степени. В феврале 1945 Владимир Павлович пишет рапорт командованию о случаях сексуального насилия над немецкими женщинами и детьми советскими солдатами.
После войны, в 1946 году, Эфроимсон вернулся на Украину и стал доцентом кафедры дарвинизма и генетики в Харьковском университете. В 1947 году он защитил докторскую диссертацию по эволюционной генетике и селекции тутового шелкопряда. Однако утверждение ВАК в ученой степени доктора биологических наук произошло только через 15 лет. В том же году его уволили из университета за перевод и распространение статьи русского генетика-эмигранта Феодосия Добжанского, в которой тот анализировал одну из лысенковских теорий.
После увольнения, в 1947-1948 годах, Владимир Павлович написал «докладную записку» - фундаментальный труд на 300 страницах «Об ущербе, нанесенном СССР новаторством Лысенко». В нем он описал аферы Т.Д. Лысенко и отправил работу в отдел науки ЦК партии.
- В 1948–1949 годах Эфроимсон работал главным библиографом во Всесоюзной государственной библиотеке иностранной литературы.
В мае 1949 года он был арестован по обвинению в дискредитации Советской армии за его докладную 1945 года о красноармейцах-насильниках и приговорён к 10 годам заключения в Джезказгане (Степлаг). В 1955 был освобожден с ограничением в правах и через год полностью амнистирован.
- После освобождения Эфроимсон поселился в Клину под Москвой. Сначала он работал внештатным сотрудником во Всесоюзном институте научной и технической информации, а после реабилитации в 1956 году, вернулся в Москву и устроился на работу главным библиографом во Всесоюзную государственную библиотеку иностранной литературы, где работал в 1956–1961 годах.
С 1958 года Эфроимсон по совместительству работал в Институте вакцин и сывороток имени Мечникова, в отделе информации под руководством В. В. Алпатова. Вместе с М. Г. Цубиной Эфроимсон готовил рефераты для «Реферативного журнала». В 1961 году он стал постоянным сотрудником института, а в 1962 году Эфроимсону была возвращена докторская степень, которой его лишили в 1948 году. В 1964 году Эфроимсон перешел в лабораторию генетики иммунитета, где появился его первый «официальный» ученик, О. В. Рохлин впоследствии известный мемуарист и историк науки. Тогда же вышла его книга «Введение в медицинскую генетику». В 1965 году Эфроимсона награждают престижной медалью Менделя, а в 1967 году Владимир Павлович получил звание профессора.
В 1967 году Эфроимсон поступил на работу в НИИ психиатрии Минздрава СССР, где возглавил Лабораторию генетики психических заболеваний. В этом институте он провел важные исследования и опубликовал несколько монографий, включая книгу «Генетика олигофрений, психозов и эпилепсий», написанную в соавторстве с М.Г. Блюминой в 1978 году. Эфроимсона интересовала не только медицинская генетика, но и антропогенетика, а также связь генетики с интеллектом, поведением, историей культуры и общества.
С 1976 года и до конца жизни В.П. Эфроимсон работал старшим научным сотрудником-консультантом в Институте биологии развития имени Н.К. Кольцова Академии наук СССР. В этот период он исследовал темы наследования психических функций человека и человеческого гения. Его работы на эти темы были опубликованы в книгах «Гениальность и генетика», «Генетика этики и эстетики» и «Педагогическая генетика», которые вышли в свет уже после его смерти. Концепция В.П. Эфроимсона состоит в убеждении, что потенциальные и состоявшиеся таланты и гении имеют, как правило, в своем генотипе генетические факторы внутреннего «допинга», резко повышающие психическую и интеллектуальную активность на фоне тех или иных способностей.
Владимир Павлович Эфроимсон посвятил свою жизнь не только науке, но и борьбе с несправедливостью. В этих сражениях он часто терпел поражение, но никогда не сдавался.
В декабре 1985 года Эфроимсон выступил на премьере документального фильма «Звезда Вавилова», сказав о том, что (хотя в фильме об этом не упоминалось) академик Вавилов, как и тысячи других узников ГУЛага, погиб в заключении после заведомо ложных обвинений. Его слова произвели сильное впечатление на научное сообщество, так как фильм не содержал подробностей о злоключениях и трагической судьбе Вавилова.
Александр Солженицын в своей книге «Архипелаге ГУЛАГ» включил Владимира Павловича Эфроимсона в список 257 человек, чьи рассказы, письма, мемуары и поправки он использовал при написании книги. В тексте также упоминается эпизод, когда Эфроимсон боролся с лысенковщиной.
Скончался Владимир Павлович Эфроимсон 21 июля 1989 года. Похоронен на Донском кладбище. Там же похоронен его брат Абрам Эфроимсон с женой Клавдией Половиковой.
Семья- Жена — Мария Григорьевна Цубина, психиатр и учёный-медик, научный руководитель питомника Академии медицинских наук СССР на станции Столбовой Курской железной дороги, автор работы «Болезнь и творчество Врубеля с психопатологической точки зрения». Тётя философа А. М. Пятигорского, племянница переводчицы русской, английской, французской и польской художественной прозы на немецкий язык, экономиста Анны Шапире (1877—1911). Первым браком Мария Григорьевна была замужем за академиком Н. П. Дубининым.
- Приёмная дочь — Ансельма Николаевна Дубинина, педагог.
- Брат — Абрам (Аркадий) Павлович Эфроимсон (1904—1992), журналист и радиокорреспондент, редактор Центрального телевидения. Псевдоним Э. Фрам.
- Двоюродный брат — Осип Абрамович Эфроимсон (1926—1987), инженер, работал в котельном цехе фирмы ОРГРЭС.