Василий Анатольевич Ломаченко родился 17 февраля 1988 года в городе Белгород-Днестровский, Одесская область, Украина.

Заниматься боксом начал в 1994 году, тренер Иосиф Геннадьевич Кац. Выступал за физкультурно-спортивное общество «Колос». Тренер Анатолий Николаевич Ломаченко (отец).

В 2004 году боксировал на первенстве Европы в России (город Саратов), и стал там победителем в весовой категории до 46 кг. Так же получил там кубок как лучший боксер первенства Европы. В 2005 году выиграл чемпионат Украины среди взрослых в весе 51 кг.

В 2007 году стал победителем XI международного турнира памяти Семёна Трестина, став обладателем специального приза за победу в категории 57 кг, в которой выступал сам Трестин.

На чемпионате мира 2007 года в Чикаго занял 2-е место, сомнительно проиграв в финале россиянину, Альберту Селимову. В 2008 году в Ливерпуле (Англия), Занял первое место на чемпионате Европы, в категории до 57 кг. Снова завоевал титул лучшего боксёра чемпионата вне зависимости от весовой категории.

В 2008 году стал чемпионом на XXIX Олимпийских играх в Пекине. Спустя два дня после завоевания медали Ломаченко получил Кубок Вала Баркера как лучший боксер Олимпиады-2008.

На Чемпионате мира 2009 года в Милане выиграл золото в весовой категории до 57 кг победив в финале Сергея Водопьянова из России.

В 2009 году был признан лучшим боксёром планеты вне зависимости от весовой категории по версии AIBA.

На Чемпионате мира 2011 года в Баку неожиданно проиграл в 1/8 финала бразильцу Робинсону Консенсайро со счётом 19/20, однако судейство вызвало массу споров и сомненией, в итоге после расследование победу присудили Ломаченко со счётом 19/18. В итоге Ломаченко взял золото на чемпионате, в весовой категории до 60 кг.

24 ноября 2011 года в Василия Ломаченко и его жены Елены родился сын, которого назвали Анатолием на честь отца и тренера Василия.

В 2012 году стал чемпионом в весовой категории до 60-ти килограмм на XXX Олимпийских играх в Лондоне.

В октябре 2012 года, Ломаченко вместе с другими призёрами Олимпийских игр официально завершили выступления на любительском ринге, подписали контракт с WSB и перешли в полупрофессиональный бокс, в новосозданный клуб «Украинские Атаманы».

27 мая 2013 года Василий Ломаченко подтвердил, что переходит в профессиональный бокс. Об этом сообщает официальный сайт Василя Ломаченко.

12 октября 2013 года Василий провел свой дебютный поединок против мексиканца Хосе Рамиреса, по итогам которого победил и завоевал титул интерконтинентального чемпиона мира по версии WBO.

После боя стало известно, что следующим соперником Ломаченко станет чемпион мира по версии WBO мексиканец Орландо Салидо.

1 марта 2014 года Василий в двенадцатираундовом поединке уступил Орландо Салидо. Голоса суддей разделились: 115-113 в пользу украинца и 115-113, 116-112 в пользу мексиканца.

21 июня 2014 года состоялся второй чемпионский бой Василия Ломаченко за вакантный пояс WBO в полулёгком весе, соперником стал американский боксер Гэри Расселл. По итогам 12-раундового поединка Ломаченко победил по очкам.

23 ноября 2014 года Василий успешно провел первую защиту своего титула чемпиона WBO в поединке против таиландца Чонлатарн Пирияпиньо.

2 мая 2015 года состоялась вторая защита чемпионского титула Ломаченко, противником украинского боксера выступил пуэрториканец Гамальер Родригес. Ломаченко успешно защитил свой титул, нокаутировав своего соперника в 9 раунде. Бой состоялся в андеркарте чемпионского боя между Флойдом Мэйвезером и Мэнни Пакьяо.