Виктор Ильич Толмачёв родился в 1934 году. В 1959 закончил с отличием Харьковский авиационный институт и поступил на работу в КБ Антонов в качестве инженера-конструктора. Участвовал в разработке большинства самолётов серии «Ан».
Виктор Ильич Толмачёв посвятил отечественной авиации более пятидесяти лет жизни, принимал участие в разработке и создании практически всех антоновских самолётов и их модификаций - Ан-2, Ан-14, Ан-8, Ан-10, Ан-12, Ан-24, Ан-22, Ан-26, Ан-32, Ан-28. В истории советского авиастроения Виктор Ильич известен в первую очередь как один из создателей грузовых самолётов-гигантов Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрия», участвуя в весовом проектировании этих самолетов. Он участвовал в реализации проекта Ан-124 от стадии разработки до запуска в серийное производство и эксплуатацию. В 1983 году Виктор Ильич стал заместителем главного конструктора, а в 1985 Министерством авиационной промышленности СССР был назначен одним из главных конструкторов по Ан-124 «Руслан» и его производной - шестидвигательного Ан-225 «Мрия».
В 1989 году программа государственного финансирования и серийного производства Ан-124 была закрыта. С 1991 г. Виктор Ильич Толмачёв является техническим директором авиакомпании «Волга-Днепр». «Волга-Днепр» стала первым гражданским заказчиком самолёта. За рекордные три месяца в 1992 году «Волга-Днепр», УАПК «Авиастар» и АНТК им. О. К. Антонова провели гражданскую сертификацию Ан-124, получившую обозначение Ан-124-100.
На сегодняшний день Виктор Ильич Толмачёв продолжает работать техническим директором группы компаний ВОЛГА-ДНЕПР.
В 1997 избран членом Российской академии естественных наук.
В 1998 стал членом Международной академии авторов научных открытий и изобретений.