По образованию - биолог. Закончил естественный факультет Московского университета. Еще студентом начал работать с М. А. Мензбиром, позднее подготовил таблицы для его зоогеографического атласа. Ватагин побывал в зоопарках и музеях Голландии, Франции, Англии, Италии и Греции. Он работал в Индии и на Малой Земле, во Владивостоке и Париже, в Средней Азии и на Крайнем Севере, на Кавказе, в Крыму, на Амуре и Волге, на озерах Лапландии. Много работал для Дарвиновского музея, сотрудничал с С. И. Огневым и иллюстрировал многие научные зоологические издания. Помимо отечественных иллюстрировал зарубежные труды по зоологии, в частности – немецкое издание Брема «Жизнь животных». Состоял штатным сотрудником Зоологического музея МГУ с 1931 по 1958 г. Работая в музее, выполнил для оформления экспозиции и интерьеров около 30 монументальных панно, фресок, более 100 картин и ряд скульптур. Для зала сравнительной анатомии художник написал десять монументальных панно на тему происхождения и развития животного мира Земли. Его прекрасные работы и поныне украшают вестибюль музея. Василий Алексеевич передал Зоологическому музею множество своих рисунков и картин, составляющих теперь значительную часть иллюстративного фонда. Большое число произведений В. А. Ватагина приобретены музеями страны, в том числе Третьяковской галереей и Русским музеем. Стиль работ Ватагина начала 1900-х годов складывался под влиянием его многочисленных путешествий по России и за границей. Он объездил север и юг России, в течение нескольких лет рисовал в зоопарках Европы, собирая материал об экзотических животных для Московского университета, посетил Грецию, Сицилию, Константинополь. Все свободное время Ватагин проводил в музеях, изучая в подлинниках величайшие произведения мирового искусства. В Афинском музее его поразила египетская скульптура. Отныне искусство Египта с его полными значительности образами животных, лаконизмом формы, изысканностью силуэта надолго подчинит себе воображение художника. Первые скульптурные опыты Ватагина относятся к 1908 году и носят следы подражания египетскому искусству,—это рельефы «Кондор», «Бизон», «Обезьяна», круглая скульптура в дереве и камне. Одна из лучших работ этого периода— «Голова белого медведя» (1911, дерево). Пробовал Ватагин работать и в жанре декоративной парковой скульптуры. Так, в 1931—1932 годах он оформил вход на новую территорию Московского зоопарка, а в 1935 году за 12 дней вылепил три величественные фигуры львов, украшающие спуск к морю в одном из крымских санаториев. Много занимался керамикой, создавая как уникальные работы, так и произведения для массового производства. Хорошо известна его серия «Промысловые звери СССР». Как уже упоминалось, Ватагин всю жизнь занимался научной иллюстрацией. Он иллюстрировал учебники, зоологические таблицы, путеводители по зоосадам. Много лет работал для Дарвиновского и Зоологического музеев, создав более 400 живописных панно и около 100 скульптур и скульптурных групп на мотивы первобытной культуры. Нельзя сказать, чтобы эта работа угнетала художника. Она была близка Ватагину-ученому. К тому же Ватагин наделил научную иллюстрацию той долей художественности и живости, которая в то время была ей недоступна. В 1910 году, будучи в Берлине, Ватагин изучал технику литографии в мастерской известного немецкого графика Капштейна. В этой технике выполнены многие работы Ватагина: альбом «Индия», появившийся после его поездки в Индию в 1913 году, альбом «Рисунки»—по материалам зарисовок в Московском зоопарке, серия кавказских пейзажей по впечатлениям экспедиции 1929 года. В 1938 году Ватагин выпускает две серии: «Звери» и «Ископаемые», а в 1944 году серию «Звериное и птичье детство и материнство». И, конечно, самая известная графическая работа Ватагина— иллюстрации к его любимой книге «Маугли». В ней объединились его глубокое знание животного мира и фантастические воспоминания путешествия художника по Индии. Помимо «Маугли» Ватагин проиллюстрировал большое количество детских книг с произведениями А. Чехова, Л. Толстого, Джека Лондона, Сетон-Томпсона и других.