Родился 15 июня 1920 года в городе Прокопьевске (ныне Кемеровская область). В 1936 году окончил 7 классов школы и поступил в горнопромышленное училище, одновременно посещал Прокопьевский аэроклуб. С сентября 1938 года в рядах Красной Армии, окончил Читинское (позднее Батайское) военное авиационное училище лётчиков и оставлен в нём инструктором. В 1940-1941 гг. служил лётчиком-инструктором в Пермском учебном полку.

В январе 1942 года сержант В. Ф. Полуновский был направлен в город Киров, где формировался полк ночных бомбардировщиков (на самолётах У-2). С 12 февраля 1942 года воевал в составе 691-го НБАП (Волховский фронт), выполнил около 400 боевых вылетов. С ноября 1942 по март 1943 гг. - штурман истребительной эскадрильи 691-го САП, летал на И-16. С июня 1943 года командир эскадрильи 845-го ИАП, где летал на Як-1 и Як-7.

17 августа 1943 года два "Сталинских сокола" из 845-го ИАП лейтенанты В. Ф. Полуновский и С. Ф. Утукин на Волховском фронте сбили вражеский аэростат-корректировщик. Затем, когда немецкий наблюдатель выбросился на парашюте, расстреляли его бортовым огнём своих истребителей...

27 марта 1944 года командир эскадрильи 845-го истребительного авиационного полка (269-я истребительная авиационная дивизия, 14-я Воздушная армия, Волховский фронт) старший лейтенант В. Ф. Полуновский был сбит в воздушном бою, раненым попал в плен. К тому времени совершил 129 боевых вылетов, провёл 46 воздушных боёв, сбил лично 6 самолётов противника и в составе пары 1 аэростат-корректировщик.

Из плена освобождён 9 мая 1945 года советскими войсками. После соответствующей проверки, с сентября 1945 по август 1946 годов продолжал службу в своём полку. После демобилизации, работал художником-оформителем в Пермском драмтеатре. С 1958 года лётчик-инструктор Пермского аэроклуба. После выхода на пенсию работал методистом авиаспортклуба.

Указом Президента СССР от 11 декабря 1990 года за мужество и героизм, проявленные в годы Великой Отечественной войны удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 11636).

Умер 13 октября 1998 года. Похоронен на кладбище "Банная Гора" в Перми. С 1999 года имя Героя носит Пермский авиаспортклуб.

Награждён орденами: Ленина (11.12.1990), Красного Знамени (03.11.1942), Александра Невского (12.09.1943), Отечественной войны 1-й степени (11.03.1985), Отечественной войны 2-й степени (04.04.1943); медалями.