Виталий Лазаревич Гинзбург родился в 1916 году в Москве в семье инженера, специалиста по очистке воды, выпускника Рижского политехникума Лазаря Ефимовича Гинзбурга (1863—1942, Казань) и врача Августы Вениаминовны Гинзбург (урождённой Вильдауэр, 1886, Митава Курляндской губернии— 1920, Москва). Рано остался без матери, умершей в 1920 году от брюшного тифа (его воспитанием после смерти матери занялась её младшая сестра Роза Вениаминовна Вильдауэр).

До 11 лет получал домашнее образование под руководством отца. Затем в 1927 году поступил в 4-й класс 57-й семилетней школы, которую окончил в 1931 году и продолжил среднее образование в фабрично-заводском училище (ФЗУ), затем самостоятельно, работая лаборантом в рентгенологической лаборатории вместе с будущими физиками Л. А. Цукерманом (1913—1993) и Л. В. Альтшулером (1913—2003), дружба с которыми осталась на всю жизнь. В 1933 году поступил в Московский государственный университет, в 1938 году окончил физический факультет МГУ, в 1940 году— аспирантуру при нём и в том же году защитил кандидатскую диссертацию.

Защитил докторскую диссертацию в 1942 году. С 1942 года работал в теоретическом отделе имени И.Е.Тамма ФИАНа. Член ВЛКСМ с 1930 по 1944 г. Член КПСС с 1947-го года.

Заведовал кафедрой проблем физики и астрофизики ФОПФ МФТИ, которую он создал в 1968 году.

В последние годы жизни— руководитель группы-советник РАН отделения теоретической физики ФИАН.

Виталий Лазаревич Гинзбург автор около 400 научных статей и около 10 монографий по теоретической физике, радиоастрономии и физике космических лучей.

Основные труды по распространению радиоволн, астрофизике, происхождению космических лучей, излучению Вавилова — Черенкова, физике плазмы, кристаллооптике и др

В 1940 году Гинзбург разработал квантовую теорию эффекта Вавилова — Черенкова и теорию черенковского излучения в кристаллах.

В 1946 году совместно с И. М.Франком создал теорию переходного излучения, возникающего при пересечении частицей границы двух сред.

В 1950 году создал (совместно с Л.Д.Ландау) полуфеноменологическую теорию сверхпроводимости (теория Гинзбурга — Ландау). Теория Гинзбурга—Ландау описывает электронный газ в сверхпроводнике как сверхтекучую жидкость, которая при сверхнизких температурах протекает сквозь кристаллическую решетку без сопротивления. Эта теория позволила выявить несколько важных термодинамических соотношений и объяснила поведение сверхпроводников в магнитном поле. Индекс цитируемости совместной работы Гинзбурга и Ландау — один из самых высоких за всю историю науки. Гинзбург одним из первых понял важнейшую роль рентгеновской и гамма-астрономии; он предсказал существование радиоизлучения от внешних областей солнечной короны, предложил метод изучения структуры околосолнечной плазмы и метод исследования космического пространства по поляризации излучения радиоисточников

В 1958 году В.Л.Гинзбург создал (совместно с Л.П.Питаевским) полуфеноменологическую теорию сверхтекучести (теория Гинзбурга — Питаевского). Разработал теорию магнитотормозного космического радиоизлучения и радиоастрономическую теорию происхождения космических лучей.

Член нескольких иностранных академий наук, главный редактор научного журнала «Успехи физических наук». В 1998 году основал Комиссию по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований при Президиуме Российской академии наук. Был членом Комиссии АН СССР по улучшению стиля работы (являлась комиссией по борьбе с бюрократией). Был главным редактором журнала «Известия вузов. Радиофизика», членом редколлегии журналов «Физика низких температур», «Письма в Астрономический журнал», «Наука и жизнь», библиотечки «Квант» (издательство «Наука»), членом общественного совета «Литературной газеты».