Вадим Юсов народився 20 квітня 1929 року в селищі Клавдіно Ленінградської області. 1954 року закінчив ВДІК (операторський факультет, майстерня Б. І. Волчека). З цього ж року працює на студії «Мосфільм» (у 1954 — 1957 як асистент оператора, з 1957 року — як оператор-постановник). Перша самостійна операторська робота — фільм А. А. Тарковського «Коток і скрипка».
Операторська майстерність В. І. Юсова проявилося у фільмах А. А. Тарковського («Іванове дитинство», «Соляріс», «Андрій Рубльов»), Г. Н. Данелії («Я крокую Москвою», «Не журись!», «Паспорт») та С. Ф. Бондарчука («Вони воювали за Батьківщину», «Борис Годунов»).
За операторську роботу картини «Чорний чернець» Івана Диховичного удостоєний спеціального призу Венеціанського кінофестивалю «Золота Оселла».
З 1983 року — завідувач кафедрою операторської майстерності у ВДІКу.
Член журі 37-го Каннського і 45-го Берлінського кінофестивалів.
Викладав у Літній кіноакадемії Микити Міхалкова, збирався відвідати церемонію вручення сертифікатів випускникам у місті Павлово Нижньогородської області, але напередодні йому стало зле. Помер 23 червня 2013 року.
