Был старшим ребёнком в семье потомственных дворян частного землемера Виталия Петровича Вишневского и Анны Александровны, урождённой Головачевской. Первый сын, названный Всеволодом, родился 8 (21) декабря 1900 года. Затем родились: 5 октября 1902 года — Борис, 29 апреля 1904 года — Георгий.

Окончил Первую Санкт-Петербургскую гимназию.

Во время Первой мировой войны сбежал на фронт, служил в Петровском полку, где был разведчиком, был ранен, награждён Георгиевским крестом и двумя медалями. Участвовал в вооружённом восстании в Петрограде в 1917 году, воевал на фронтах гражданской войны.

В 1918 году был бойцом 1-го морского берегового отряда, в 1918 — начале 1919 года — пулемётчиком корабля Волжской военной флотилии «Ваня-коммунист» № 5, в 1919 — начале 1920 года — пулемётчиком бронепоездов «Грозный» и «Коммунар» № 56 (входящего в состав Первой Конной армии).

Участник 2-го Папанинского десанта 9 ноября 1920 года в Крыму под Капсихорой в помощь Крымской повстанческой армии А. В. Мокроусова. Друг и соратник И. Д. Папанина.

Начал публиковаться с 1920 года. В 1921 году поставил в Новороссийске под открытым небом массовое представление о Кронштадтском восстании «Суд над кронштадтскими мятежниками», длившееся восемь часов. Рукопись постановки не сохранилась. В 1929 году вышла его пьеса «Первая Конная». С 1930 года жил в Москве. Входил в группу «Литфронт».

В 1930-х написал пьесы «Мы из Кронштадта», «Последний решительный», «Оптимистическая трагедия» (1933).

Известен как активный противник Михаила Булгакова и Михаила Зощенко. В романе «Мастер и Маргарита» — персонаж «Мстислав Лаврович». Поддерживал деньгами в ссылке Мандельштама.

В 1936 по сценарию Вишневского был снят фильм «Мы из Кронштадта» (реж. Е. Л. Дзиган), популярность которого сопоставима с «Чапаевым» братьев Васильевых. Картина была одобрена С. М. Эйзенштейном, воспринявшим её как продолжение "эпического стиля советской кинематографии, который был начат… «Броненосцем „Потемкин“» (Эйзенштейн С. Избранные произведения: в 6 т. — М., 1968. — Т. 5. — С. 259)".

Участник антифашистского конгресса писателей в Испании в июле 1937 года. Принимал активное участие в разгроме группировки Авербаха — Киршона. Член ВКП(б) с 1937 года. Капитан 1-го ранга.

Участник советско-финляндской войны (1939—1940) и Великой Отечественной войны, корреспондент газеты «Правда». Награждён медалью «За боевые заслуги» (1940). Участник обороны Ленинграда. В годы Великой Отечественной войны Вишневский возглавлял оперативную группу писателей при политуправлении Балтфлота. По заданию последнего он вместе с А. А. Кроном и Вс. Б. Азаровым написал героическую комедию «Раскинулось море широко…», поставленную Ленинградским театром музыкальной комедии в 1942. Через год в Барнауле её воплотил на сцене Камерного театра А. Я. Таиров (музыку к спектаклю написал Г. В. Свиридов). Беспримерному подвигу ленинградцев в дни войны была посвящена пьеса Вишневского «У стен Ленинграда», подтвердившая его приверженность трагической теме. Она появилась на сценах Театра Краснознаменного Балтийского флота (1944) и Камерного театра (1945).

С 1944 года жил в Москве, был редактором журнала «Знамя» (1934—1948). Допустил к публикации повесть В. П. Некрасова «В окопах Сталинграда» изначально под названием «Сталинград» и включил В. Некрасова в список на Сталинскую премию. Именно при нём в журнале «Знамя» был напечатан ряд стихов А. А. Ахматовой, что послужило поводом для травли поэтессы. Позже сам отрёкся от неё (в статье в «Литературной газете» от 7 сентября 1946 года). Репрессии вызвала публикация повести Эммануила Казакевича «Двое в степи» (1948, № 5). Большая часть сотрудников «Знамени», в том числе и Всеволод Вишневский, были отстранены от работы.

В последней своей пьесе «Незабываемый 1919-й» (1949) Вишневский вернулся к теме Гражданской войны, обороны Петрограда. Приуроченная к 70-летию И. В. Сталина и одобренная им, эта пьеса, вопреки мнению самого автора, не стала достойным завершением его творческого пути, хотя и имела большой успех (была поставлена почти во всех драматических театрах страны, а в 1952 году вышел на экраны одноимённый фильм).

Могила Вишневского на Новодевичьем кладбище Москвы

Осенью и зимой 1950 года перенёс один за другим два инсульта, лишился речи. Умер 28 февраля 1951 года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (участок № 2).

Жена — Софья Касьяновна Вишневская-Вишневецкая (1899—1962), художница.