Nascido na pequena aldeia de Kukarka (atual Sovietsk, no Óblast de Kirov), filho de um pequeno comerciante, educado numa escola secundária em Kazan, onde se juntou à facção bolchevique do Partido Operário Social-Democrata Russo, em 1906. Adotou o pseudônimo de Molotov (do russo molot, "martelo"). Foi preso em 1909 e passou dois anos no exílio na Sibéria. Em 1911 se inscreveu na Universidade Politécnica de São Petersburgo, e se tornou um dos editores do Pravda, o jornal bolchevique clandestino do qual Josef Stalin também era editor. Em 1913 Molotov foi preso novamente, e deportado para Irkutsk, de onde escapou em 1915 e retornou à capital. Em 1920 ingressou no Comitê Central do PCUS, foi dirigente da Internacional Socialista no período 1928-1934.

Na qualidade de membro do Politburo, foi responsável pela campanha de requisições das colheitas na Ucrânia, causando a fome-genocídio de 1932-1933, o Holodomor. Sendo um dos principais colaboradores de Stalin, foi Ministro de Relações Exteriores da URSS no período 1939-1949 e 1953-1956. Em 1957, foi afastado da direção do Partido por Nikita Khrushchov, em virtude da sua oposição à "desestalinização" e nomeado embaixador na Mongólia, cargo que exerceu entre 1957 e 1960 tendo logo após sido indicado para chefiar a representação da URSS na Organização Internacional de Energia Atômica sediada em Viena, tendo permanecido neste cargo até 1962 ao ser excluído do Partido Comunista. Foi readmitido no Partido em 1984.