Василий Васильевич Артемьев родился в Владимирской губернии в потомственной дворянской семье. В 1879 году он окончил Владимирский Киевский кадетский корпус, а в 1881 году — Александровское военное училище с отличием по 1-му разряду. С 2 по 12 марта 1881 года, будучи ещё юнкером, он нёс караульную службу у гроба убитого императора Александра II. В 1881 году Артемьев был выпущен прапорщиком в Гренадерский лейб-гвардии полк.

В последующие годы Артемьев последовательно получал повышения в звании: в 1884 году он был произведён в подпоручики гвардии, в 1885 году — в поручики. После окончания Николаевской военной академии по 1-му разряду в 1887 году он был произведён в штабс-капитаны гвардии и капитаны Генерального штаба. С 1887 года Артемьев был назначен старшим адъютантом штаба 6-й пехотной дивизии. В 1889 году он стал обер-офицером для особых поручений штаба 5-го армейского корпуса. В 1890 году он отбывал цензовое командование ротой в лейб-гвардии Гренадёрском полку и одновременно был назначен старшим адъютантом штаба 5-го армейского корпуса.

В 1892 году Артемьев был произведён в подполковники с назначением штаб-офицером для особых поручений штаба 5-го армейского корпуса. В 1893 году он был назначен штаб-офицером управления 45-й пехотной резервной бригады и 60-й пехотной резервной бригады. В 1895 году он отбывал ценз в качестве командира батальона 4-го гренадёрского Несвижского полка. В 1896 году Артемьев был произведён в полковники с назначением штаб-офицером управления 47-й пехотной резервной бригады. С 1896 года он был назначен заведующим передвижением войск по железной дороге Закавказского района, а с 1899 года — Московско-Брестского района.

В 1900 году Артемьев стал начальником штаба 11-й пехотной дивизии. В 1903 году он был назначен командиром 128-го пехотного Старооскольского полка. В 1904 году он был произведён в генерал-майоры с назначением командиром железнодорожной бригады. С 1907 года Артемьев командовал 2-й Туркестанской резервной бригадой, а с 1910 года — 2-й стрелковой бригадой. В 1913 году он был произведён в генерал-лейтенанты с назначением командиром 52-й пехотной дивизии.

Во время Первой мировой войны Артемьев был участником боевых действий с 1914 года. 3 февраля 1915 года он был награждён Георгиевским оружием, а 15 апреля 1915 года — орденом Святого Георгия 4-й степени. С 8 мая 1915 года он был назначен командиром 38-го армейского корпуса, а с 1916 года — 47-го армейского корпуса. 12 ноября 1916 года Артемьев был ранен шрапнельной пулей в бедро и находился на излечении. С 1917 года он состоял в резерве чинов Московского военного округа.

В 1918 году Артемьев был назначен командиром Самарского стрелкового корпуса Народной армии Самарского Комуча и командующим войсками Курганского военного округа, помощником Верховного уполномоченного правительства адмирала Колчака по военной части на Дальнем Востоке. С 1919 года он состоял в распоряжении Верховного правителя и Верховного главнокомандующего, а также командовал Иркутским военным округом. После занятия Иркутска Политцентром Артемьев отступил с войсками в Забайкалье, где состоял при командующем Дальневосточной армией. В 1920 году он был назначен представителем командующего Дальневосточной армии в Особую следственную комиссию и начальником гарнизона города Чита. С 1921 года Артемьев возглавлял комиссию по проверке личного состава армии в войсках Временного Приамурского правительства. С 1922 года он был главным начальником снабжения Земской рати в Приморье. В октябре 1922 года в составе частей Земской рати Артемьев эмигрировал в Китай. В 1923 году он переехал в Шанхай и затем в Сербию. Артемьев умер 17 декабря 1929 года в Югославии.

Артемьев был награждён многочисленными орденами и наградами, включая Орден Святого Станислава 3-й степени, Орден Святой Анны 3-й степени, Орден Святого Станислава 2-й степени, Орден Святого Владимира 4-й степени, Орден Святого Владимира 3-й степени, Орден Святого Станислава 1-й степени, Орден Святой Анны 1-й степени с мечами, Георгиевское оружие, Орден Святого Георгия 4-й степени и Орден Святого Владимира 2-й степени с мечами. Он также был награждён иностранными наградами, включая Бухарский орден Золотой Звезды 1-й степени.

Артемьев был женат на дочери полковника артиллерии Инне Дмитриевне Башинской.