Родился 27 сентября 1966 года в городе Алапаевск Свердловской области.

Окончил Ульяновский государственный университет по специальности «экономист».

Трудовую деятельность начал в 1985 году машинистом автокрана на заводе «Стройдормаш» родного города.

С 1985 по 1987 года служил в армии.

В Ульяновск приехал в 1988 году по комсомольской путевке. Работал автослесарем Ульяновского авиационно-промышленного комплекса, затем водителем на разных предприятиях города, в том числе на Мостопоезде №829.

С 1991 года занимался предпринимательством, открыл собственное дело. В партнерстве с Николаем Дорониным создал компанию «Максима-Х» (в 1999 году Вадим Харлов был назначен на должность генерального директора компании).

В 2005 году победил на выборах в депутаты Ульяновской Городской Думы по одномандатному избирательному округу №2.

В 2011 году избирался депутатом Государственной Думы РФ VI созыва (входил в комитет Госдумы по физической культуре, спорту и делам молодежи).

Член всероссийской политической партии «Справедливая Россия» (в 2012-м покинул ряды партии).

В настоящее время - член Совета Федерации Федерального Собрания РФ (наделен полномочиями с 6 октября 2016 года); член Комитета Совета Федерации по федеративному устройству, региональной политике, местному самоуправлению и делам Севера; представитель от исполнительного органа государственной власти Ульяновской области.

Кроме того, Вадим Харлов возглавляет Ульяновскую спортивную организацию «Федерация автомотоспорта», является членом Совета Российской Автомобильной Федерации, входит в Попечительский совет по развитию спорта в Ульяновской области, является попечителем областного театра драмы, участвует в реализации благотворительных программ, направляет собственные средства на благотворительные цели (удостаивался звания «Меценат года»).

Женат, имеет сына и дочь.

В 2018 году Вадим Харлов задекларировал 5 миллионов рублей, что почти на 600 тысяч меньше, чем годом раньше. Он купил себе два новых: Ducati XDiavel S и Harley-Davidson FLHXSE, ему по-прежнему принадлежит и Harley-Davidson Heritage Softail Classic. Есть у сенатора и автомобили: ВАЗ-2103, Toyota Terrano и Toyota Hilux. Недвижимости в собственности нет.

Прямая речь:

«Я, наверное, не помню своих первых денег… Конечно, деньги необходимы человеку, они играют достаточно важную роль, но не самую главную. Это лишь инструмент для достижения целей, для хорошей, нормальной жизни».