Родился 14 сентября 1918 года в деревне Измайлово (Новоторжковский район Тверской области). Окончил 7 классов и школу фабрично-заводского ученичества (ФЗУ). Работал электромонтёром на оборонном заводе в Торжке, одновременно учился в аэроклубе. В 1939 году стал курсантом авиационной школы в Луганске, но после теоретической подготовки был отчислен по состоянию здоровья. Вернувшись в Торжок, поступил мотористом в аэроклуб, где учился полётам. К осени 1939 года был уже авиационным техником.

С весны 1940 года работал лётчиком-инструктором Новоторжковского аэроклуба (затем Кимрского, Сызранского и Мелекесского). В 1942 году была создана 1-я школа пилотов первичного обучения ВВС ВМФ, куда был призван на должность лётчика-инструктора в звании старшего сержанта. В мае 1943 года младший лейтенант В. А. Тихомиров направлен на курсы командиров звеньев, где прошёл курс обучения полётам и боевого применения на самолёте Як-1. С ноября 1943 года в действующей армии.

Боевую деятельность начал в составе 12-й Краснознамённой отдельной истребительной авиационной эскадрильи (ВВС Краснознамённого Балтийского флота). Летая на Як-7, осуществлял сопровождение штурмовиков Ил-2. С 1 ноября 1943 года - в составе 12-го ИАП КБФ (преобразован из 12-й КОИАЭ), где летал на Як-7 и Як-9. 18 марта 1944 года был сбит в воздушном бою, совершил вынужденную посадку на лёд. Через несколько дней продолжил боевую работу.

К 9 мая 1945 года заместитель командира 2-й эскадрильи 12-го истребительного авиационного полка (9-я штурмовая авиационная дивизия, ВВС Краснознамённого Балтийского флота) капитан В. А. Тихомиров совершил более 200 боевых вылетов, провёл 45 воздушных боёв, в которых сбил лично 9 и в составе группы 3 самолёта противника (в последнем наградном листе говорится о 11 личных и 2 групповых победах).

После окончания войны продолжал службу в авиации ВМФ, получил высшее образование, служил на различных командных должностях. В отставку вышел в звании полковника.

Награждён орденами: Красного Знамени (10.04.1944, 22.06.1944, 13.10.1944, 17.05.1945), Отечественной войны 2-й степени (11.03.1985); медалями.