Василий Яковлевич Струве (при рождении Фридрих Георг Вильгельм Струве) родился в немецкой семье директора гимназии математика Якова Струве (нем. Jacob Struve) (1755—1841) в датском) (ныне немецком) городе Альтона близ Гамбурга и провел в этом городе свои школьные годы.

В 1808 году из-за угрозы насильственного призыва в Великую армию Наполеона он бежал из Германии в Дерпт, где он получил филологическое образование в Дерптском (ныне Тартуском, Эстония) университете: за диссертацию «De studiis criticis et grammaticis apud Alexandrinos» он получил золотую медаль; затем, в течение трёх лет, изучил астрономию и, защитив в 1813 году диссертацию «De geographicae Speculae Dorpatensis positione», поступил на работу в Дерптскую университетскую астрономическую обсерваторию, одновременно преподавая в университете.

В 1815 году, в Альтоне, он женился на Эмилии Валль (нем. Emilie Wall, 1796—1834), с которой имел 12 детей, четверо из которых умерли в детском и юношеском возрасте.

С 1819 года он — директор Дерптской обсерватории и ординарный профессор университета.

За двадцать лет на посту директора обсерватории он оснастил её первоклассными для того времени инструментами: рефрактором Фраунгофера и гелиометром фирмы Репсольд. Начиная с 1824 года (по 1837) он провёл микрометрические измерения 2714 двойных звезд; в 1827 году был опубликован первый каталог.

В 1828 году принял опеку над племянником Теодором Струве, опекуном которого до этого был его младший брат профессор анатомии Дерптского университета Людвиг Струве (1795—1828).

В 1830 году Николаю I был представлен доклад В. Я. Струве о задачах новой большой астрономической обсерватории под Санкт-Петербургом. Начиная с 1833 года он — наиболее активный участник сооружения Пулковской обсерватории, открытой 19 августа 1839 года. В. Я. Струве стал её первым директором.

После смерти в 1834 году первой жены, он женился на Иоганне Бартельс (1807—1867), дочери математика Мартина Бартельса; с ней у него было ещё шесть детей, из них четверо пережили отца.

Благодаря его усилиям Пулковская обсерватория была оборудована совершенными инструментами (в том числе в то время самым большим в мире рефрактором с 38-сантиметровым объективом). Под руководством В. Я. Струве и военного геодезиста К. И. Теннера было проведено градусное измерение дуги меридиана на огромном пространстве от побережья Ледовитого океана до устья Дуная и получены ценные материалы для определения формы и размеров Земли.

Под руководством В. Я. Струве была определена система астрономических постоянных, получившая в своё время всемирное признание и использовавшаяся в течение 50 лет. С помощью построенного по его идее пассажного инструмента Струве определил постоянную аберрации света.

В области звёздной астрономии Струве открыл реальное сгущение звёзд к центральным частям Галактики и обосновал вывод о существовании и величине межзвёздного поглощения света. Много времени уделял Струве изучению двойных звёзд. Составленные им два каталога двойных звёзд были опубликованы в 1827 и 1852 годах. Струве принадлежит одно из первых в истории (1837) успешное измерение ‎годичного параллакса звезды (Веги в созвездии Лиры). В середине XIX века участвовал в создании Лиссабонской астрономической обсерватории.

В. Я. Струве был почётным членом многих иностранных академий и обществ.