Амбарцумян родился 18 сентября 1908 года  в Тбилиси (Грузия). 1924-1928 гг. Окончила физико-математический факультет Ленинградского (ныне Санкт-Петербургского) государственного университета. 1928-1931 гг. Учился в аспирантуре Генеральной обсерватории АН СССР (Пулково).

В 1935 г. ему была присвоена ученая степень доктора физико-математических наук.

1931-1944 В. Амбарцумян работал в Ленинградском университете доцентом, профессором, с 1940 г. — проректором по научной работе.

1943 г. Усилиями Г. Орбели и В. Амбарцумяна в Ереване была основана Академия наук СССР. В. Амбарцумян стал одним из учредителей, первым вице-президентом. 1947 г. Он был избран президентом Академии наук Армянской ССР и руководил ею около полувека.

1946 г. В. Амбарцумян основал кафедру астрофизики ЕГУ Бюраканской обсерватории, исследования которой предопределили основные направления развития астрофизики во второй половине ХХ века.

1948-1950 В. Амбарцумян был избран вице-президентом Международного астрономического союза,в 1961-1964 годах президентом ,1968-1972 годах был  президентом Международного совета научных обществ .

С 1993 г. и до конца своей жизни он был почетным президентом Национальной академии наук Республики Армения.

Был отмечен исключительный вклад В. Амбарцумяна в развитие мировой науки как в стране, так и за рубежом. 1946 г. и 1950 Ему присуждена Государственная премия СССР, в 1995 г. — Государственная премия России. 

Избран почетным членом академий наук, научных обществ, научных обществ США, Англии, Бельгии, Австрии, Франции, Германии, Канады, Австралии, Италии, Греции, Польши, почетным доктором многих университетов.

В. Амбарцумян был двойным героем социалистического труда. Награжден орденами Ленина (5), Октябрьской революции, «Знак Почета», орденом Трудового Красного Знамени (2), Золотой медалью ЕГУ.

 Ему также было присвоено звание Национального Героя Республики Армения.

Скончался 12 августа 1996 года  в Бюракане,похоронен на территории Бюраканской обсерватории.