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).
Был членом всероссийской политической партии «Справедливая Россия» (в 2012-м покинул ряды партии).
Был членом Совета Федерации Федерального Собрания РФ (наделен полномочиями с 6 октября 2016 года); членом Комитета Совета Федерации по федеративному устройству, региональной политике, местному самоуправлению и делам Севера; представителем от исполнительного органа государственной власти Ульяновской области. В октябре 2021 года его сменил Айрат Гибатдинов.
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.
В начале 2022 года администрация Ульяновска продала за 203 млн рублей свою долю в акционерном обществе «Симбирское кольцо» (47,35%). В списке имущества АО находятся автодром «Картхолл» в Засвияжье, гостиница «Советская», «Дом быта» и другие (всего около 20 объектов). Покупателем выступило ООО «Мирта», которое связывают с бенефициаром «Симбирского кольца» Вадимом Харловым.
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».
