Родился в 1903 году в Киеве, в семье инженера и предпринимателя Самуила Иоахимовича Горовица, который владел фирмой по продаже электрического оборудования, и его жены, пианистки Софии Яковлевны Горовиц, выпускницы Киевского музыкального училища. В записи о рождении отца указано, что он был сыном бердичевского купца второй гильдии Йоахима Самойловича Горовица.

В семье было четверо детей, которые родились в Киеве и учились музыке в Киевском музыкальном училище, а затем в консерватории: Яков, Регина и Владимир — пианисты, Григорий — скрипач. Именно мама привила Владимиру любовь к музыке. Сначала мама занималась с Владимиром сама, а в 1913 году он поступил в Киевское музыкальное училище, летом того же года преобразованное в консерваторию.

Владимир Горовиц учился у В. В. Пухальского, С. В. Тарновского и Ф. М. Блуменфельда в Киевском музыкальном училище, (с сентября 1913 года в Киевская консерватория). По его окончании в 1920 году диплом Владимир так и не получил, так как у него не было свидетельства об окончании гимназии. Свой первый сольный концерт исполнил в Харькове в 1920 году (но первый документально зафиксированный публичный концерт состоялся в марте 1921 года в Киеве). Затем концертировал в различных городах России совместно со скрипачом Натаном Мильштейном, за что чаще платили хлебом, чем деньгами, из-за тяжелого экономического положения в стране. Начиная с 1922 года Горовиц, концертируя в городах Советского Союза накапливает гигантский по объёму репертуар. Так, например, в течение трёх месяцев (ноябрь 1924 — январь 1925 годов) он исполнил более 150 произведений в знаменитой «ленинградской серии», состоящей из 20 концертов. Несмотря на свои ранние успехи в качестве пианиста, Горовиц утверждал, что хотел быть композитором, но выбрал карьеру пианиста, чтобы помогать семье, которая потеряла всё своё состояние во время Революции 1917 года. 

25 сентября 1925 года Владимир Горовиц получил возможность уехать в Германию (официально он уезжал учиться). Перед отъездом Горовиц выучил и сыграл в Ленинграде (23 сентября 1925) 1-й концерт П. И. Чайковского. В своих интервью он рассказывал, что отец, услышав в Ленинграде его исполнение концерта сказал: «Это твой концерт. Ты должен его играть». Благодаря этому сочинению он прославился в Европе. Этот концерт сыграл в жизни пианиста «роковую» роль: всякий раз, добиваясь триумфа в странах Европы и Америки, Горовиц исполнял именно 1-й концерт П. И. Чайковского.

До 1939 года он объездил с концертами почти все страны Европы и везде имел ошеломляющий успех. В Париже, когда играл Горовиц, вызывали жандармов, чтобы утихомирить публику, которая в экстазе ломала кресла. 12 января 1928 года он блестяще выступил в Карнеги-холле в Нью-Йорке (и на этот раз был си-бемоль минорный концерт для фортепиано с оркестром Чайковского под руководством сэра Томаса Бичема) и объездил с успехом множество городов Америки. 8 января 1931 года играл в Белом Доме и стал в то время одним из самых высокооплачиваемых пианистов после Рахманинова. С. С. Прокофьев после посещения выступления 4 мая 1932 года записал в дневнике: «Концерт Горовица. Какой изумительный пианист; с усыханием Рахманинова, пожалуй, первый. Сколько градаций нежности, особенно, когда играет Листа». с 1936 по 1938 год Горовиц отказывался от публичных выступлений.

В 1939 году Горовиц окончательно поселился в США (он уезжал в сентябре 1939 г.) и в 1944 году получил американское гражданство. В 1943 году В. Горовиц по инициативе Моргентау (министр финансов США) дал концерт в Карнеги-холле, исполнив 1-й концерт П. И. Чайковского (дирижировал его тесть — Артуро Тосканини). Это был благотворительный концерт для нужд военного ведомства (шла Вторая мировая война). Он принес 10 миллионов 941 тысячу долларов — рекордная сумма для концерта классической музыки (более 100 миллионов по покупательской стоимости доллара начала XXI века). В 1953 году Горовиц внезапно объявил о прекращении концертной деятельности и до 1965 года — целых 12 лет — не дал ни единого концерта, возможно, из-за неуверенности в своих силах. 9 мая 1965 года в Карнеги-холле прошёл «концерт-возвращение», о котором писали все газеты мира. С тех пор пианист много концертировал по США и Европе.

С 1975 по 1979 годы вновь последовала пауза в концертной жизни пианиста. В начале 80-х годов его преследовали неудачи: концерты в Японии в 1983 году провалились. К счастью, скоро пианист снова почувствовал в себе свежие силы и вновь с небывалым успехом концертировал. В 1986 году, после шестидесятилетнего отсутствия, дал концерты в Москве и Ленинграде. Концерт в Москве транслировался ведущими телекомпаниями мира, а видеокассеты ещё много лет не сходили с прилавков магазинов. Популярно в исполнении Горовица адажио из фортепьянного концерта № 23 Моцарта, который пианист уверенно исполнял в возрасте уже далеко за 80. В 1985 году в нью-йоркской квартире Горовица был снят фильм «Последний романтик». Он не застал в живых никого из родных, мать погибла в 30-м, отца репрессировали, оба брата умерли ещё в молодости, а сестра Регина, преподававшая в Харьковской консерватории, скончалась незадолго до приезда брата.

Его последний концерт состоялся 21 июня 1987 года в Гамбурге. 5 ноября 1989 года у Горовица случился сердечный приступ, после которого он скончался.

Владимир Горовиц похоронен в семейном склепе своего тестя Артуро Тосканини на кладбище Cimitero Monumentale в Милане. В 1989 году посмертно удостоен Национальной медали США в области искусств. Он удостоен более двадцати наград «Грэмми» (как ни один классический музыкант). С 1995 г. в Киеве проводится Международный конкурс молодых пианистов памяти Владимира Горовица. Введён в Зал славы журнала Gramophone.

В 1999 году в Киеве на улице Михаила Коцюбинского № 12 в честь Владимира Горовица открыли мемориальную доску, а через 16 лет она была разрушена вандалами. 2 ноября 2016 года мемориальная доска была восстановлена на прежнем месте.