Владимир Аполлонович Олохов родился 21 января 1857 года. В дворянской семье. Сын генерал-майора. Образование получил во 2-й Санкт-Петербургской военной гимназии (1873 г.). На службу поступил 16 августа 1873 г. В 1876 году окончил Михайловское артиллерийское училище и ыбл выпущен подпоручиком (ст. 10.08.1876) в 3-ю гвардейскую и гренадерскую артиллерийскую бригаду. 

Участник русско-турецкой войны 1877-1878 гг. Получил звание поручика (ст. 18.12.1877). Переведен в лейб-гвардии 2-ю артиллерийскую бригаду подпоручиком гвардии (ст. 10.01.1878). получил звание поручика (ст. 28.03.1882). Окончил Николаевскую академию Генерального штаба (1882 г. — по 1-му разряду). Штабс-капитан гвардии с переименованием в капитаны ГШ (ст. 04.04.1882). Отбывал лагерный сбор при войсках Петербургского ВО. Помощник старшего адъютанта штаба Виленского ВО (05.12.1887-21.06.1889). Штаб-офицер для поручений при штабе Виленского ВО (21.06.-11.11.1889). Подполковник (ст. 30.08.1889), старший адъютант штаба Виленского ВО (11.11.1889-31.01.1891), штаб-офицер для особых поручений при штабе Виленского ВО (31.01.1891-23.01.1893). 

Цензовое командование батальоном отбывал в 105-м пехотном Оренбургском полку (01.11.1892-25.10.1893). Получил звание полковника (пр. 1893 г. — за отличие). Штаб-офицер при управлении Начальника Виленской (бывшей 5-й) местной бригады (23.01.1893-04.09.1896). Начальник штаба 2-й кавалерийской дивизии (04.09.1896-27.03.1898). Начальник штаба 27-й пехотной дивизии (27.03.1898-10.12.1900). Командир 112-го пехотного Вяземского полка (10.12.1900-09.06.1903). Генерал-майор (пр. 1903 г. — за отличие). 

Командир лейб-гвардии Литовского полка (09.06.1903-31.08.1908), командир 2-й бригады 3-й гвардейской пехотной дивизии (31.08.1908-13.02.1909). Получил звание генарал-лейтенанта (пр. 1909 г. — за отличие). Начальник 22-й пехотной дивизии (13.02.1909-30.05.1912). Начальник 1-й гвардейской пехотной дивизии (с 30.05.1912), с которой вступил в Первую мировую войну. 

Награжден орденом Св. Георгия 4-й ст. (ВП 04.11.1914). С 28.12.1914 командовал 23-м армейским корпусом. Генерал от инфантерии (ст. 22.03.1915). Награжден Георгиевским оружием (ВП 02.06.1915).

 1 июня 1915 г. под командованием Олохова на стыке 3-й и 8-й армий Юго-Западного фронта была образована армейская группа. В конце  июня 1915 г. группа была преобразована в 13-ю армию, командование которой было поручено генералу В.Н. Горбатовскому. С 25 августа 1915 г. Олохов командовал гвардейским корпусом, с 8 декабря 1915 г. — 2-м гвардейским корпусом.

С 27 мая 1916 г. он занимал должность члена Александровского комитета попечения о раненых. С 1917 г. В.Д. Олохов находился  в отставке. В 1918 г. он поступил на службу в РККА. Сотрудник Главархива (1918-1920). Включен в список Генштаба РККА от 07.08.1920. 

Умер в Петрограде после продолжительной болезни. Похоронен на Новодевичьем кладбище.