Владимир Алексеевич Карлов родился 25 марта (7 апреля) 1914 года в городе Павловск Воронежской губернии. Русский.
Отец – преподаватель духовного училища, надворный советник.
С 1921 года подрабатывал чистильщиком дымоходов, звонарем городского собора.
В 1930 году окончил Павловскую 9-летнюю школу и поступил на зоотехнический факультет Воронежского института птицеводства, который окончил экстерном в 1933 году по специальности "зоотехник".
В 1933-1936 годах работал зоотехником Нижне-Волжского (Сталинградского) краевого земельного отдела.
В сентябре 1936 – ноябре 1937 года служил в РККА: курсант учебного батальона, рядовой-парашютист.
В ноябре 1937 – декабре 1939 года – зоотехник, заведующий отделом мелкого животноводства Сталинградского областного земельного отдела.
В декабре 1939 – сентябре 1940 года - секретарь Ерманского райкома ВЛКСМ города Сталинграда.
В сентябре 1940 – октябре 1941 года – слушатель Высшей партийной школы при ЦК ВКП(б).
В 1941-1943 годах – инструктор, заместитель заведующего Сельскохозяйственным отделом Сталинградского обкома ВКП(б)
1943-1946 гг. – заведующий Отделом животноводства, заместитель секретаря Сталинградского обкома ВКП(б).
В октябре 1946 – августе 1948 года – слушатель Высшей партийной школы при ЦК ВКП(б).
В августе 1948 – мае 1949 года – инструктор Сельскохозяйственного отдела ЦК ВКП(б).
В 1949-1951 годах – секретарьСталинградского обкома ВКП(б)
В 1951-1953 годах – второй секретарь Сталинградского обкома ВКП(б) – КПСС.
В июне 1953 – январе 1954 года – начальник Сталинградского областного управления сельского хозяйства.
В январе – сентябре 1954 года – второй секретарь Балашовского обкома КПСС.
В сентябре 1954 – январе 1959 года – заместитель заведующего Сельскохозяйственным отделом ЦК КПСС по РСФСР.
С 24 января 1959 по 27 сентября 1960 года – первый секретарь Калининского обкома КПСС.
В сентябре 1960 – марте 1962 года – заведующий Сельскохозяйственным отделом ЦК КПСС по союзным республикам.
В марте – августе 1962 года – инспектор ЦК КПСС.
Со 2 августа 1962 по 3 марта 1965 года – второй секретарь ЦК Компартии Узбекистана.
В феврале 1965 – апреле 1966 года – член Бюро ЦК КПСС по РСФСР.
В мае 1966 – мае 1976 года – первый заместитель заведующего Сельскохозяйственным отделом ЦК КПСС.
С мая 1976 по октябрь 1986 года – заведующий Сельскохозяйственным отделом – Отделом сельского хозяйства и пищевой промышленности ЦК КПСС.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 14 марта 1984 года за большие заслуги перед Коммунистической партией и Советским государством и в связи с семидесятилетием со дня рождения присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».
С октября 1986 года – на пенсии, персональный пенсионер союзного значения. Жил в Москве.
Умер 2 октября 1994 года. Похоронен в Москве на Троекуровском кладбище.
Депутат Верховного Совета СССР в 1962-1986 годах.
Член ВКП(б)-КПСС с 1940 по август 1991 гг.
Член ЦК КПСС в 1976-1986 годах, кандидат в 1961-1976 годах.