Родился 14 января 1915 года в Царицыне в семье рабочего. Русский.
В 1929 году окончил 7 классов и в 1932 году - школу фабрично-заводского ученичества в Сталинграде.
Служба в Красной Армии до Великой Отечественной войныВ Красной Армии с 1934 года.
В 1937 году окончил Сталинградскую военную авиационную школу лётчиков.
Участвовал в Советско-финской войне 1939-1940 годов в качестве лётчика-бомбардировщика, командира авиационного звена.
Великая Отечественная ВойнаВо время Великой Отечественной войны, с июня 1941 года по сентябрь 1944 года, Ефремов был командиром авиазвена, заместителем командира и командиром авиаэскадрильи 10-го гвардейского бомбардировочного авиаполка. Участвовал в боях на Юго-Западном, Сталинградском, 4-м Украинском и 3-м Белорусском фронтах.
В боях за родной Сталинград Ефремов совершил 198 боевых вылетов, уничтожил 5 железнодорожных эшелонов, 15 автомашин с военными грузами, 11 самолётов и много другой боевой техники. В период Сталинградского сражения ему приходилось подниматься в воздух и вести бой по несколько раз в день.
К февралю 1943 года командир эскадрильи 10-го гвардейского бомбардировочного авиаполка (270-я бомбардировочная авиадивизия, 8-я воздушная армия, Южный фронт) гвардии капитан Ефремов совершил 293 боевых вылета на бомбардировку скоплений живой силы и боевой техники противника.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 мая 1943 года за образцовое выполнение боевых заданий по бомбардировке и разведке противника и проявленные при этом героизм и отвагу Ефремову Василию Сергеевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 733).
Экипаж самолёта под командованием В. С. Ефремова уничтожил 32 самолёта противника на аэродромах и 4 в воздушном бою.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 24 августа 1943 года за 340 успешных боевых вылетов гвардии капитан Ефремов Василий Сергеевич награждён второй медалью «Золотая Звезда».
После войныВ 1949 году, окончив Военно-воздушную академию, подполковник В. С. Ефремов служил заместителем командира авиаполка, затем - инструктором в авиационном училище, лётчиком-испытателем. Овладел полётами на многих типах самолётов в различных метеорологических условиях.
С 1960 года полковник Ефремов В. С. - в запасе, а затем - в отставке.
Прославленному воздушному бойцу была доверена высокая честь - нести факел с Вечным огнём на Мамаев курган во время торжественного открытия Памятника-ансамбля «Героям Сталинградской битвы».
Решением Волгоградского городского Совета народных депутатов от 7 мая 1980 года «за особые заслуги, проявленные в обороне города и разгроме немецко-фашистских войск в Сталинградской битве» Василию Сергеевичу Ефремову присвоено звание «Почётный гражданин города-героя Волгограда».
Заслуженный ветеран жил в столице Украины - городе-герое Киеве, где и скончался 18 августа 1990 года. Согласно завещанию, похоронен в Волгограде, на Мамаевом кургане.