Родом из Сибири. Закончив Красноярский государственный университет и Пущинский филиал биологического факультета МГУ в 1994, в 2000 он получил степень PhD (признана эквивалентной степени к.б.н. решением ВАК в 2009) в институте биохимии университета Фрибурга (Швейцария), работая над внутриклеточной передачей сигнала при хемотаксисе лейкоцитов.
С 2000 по 2005 работал в департаменте генетики и развития Колумбийского университета (Нью-Йорк), занимаясь изучением WNT-сигнального пути на модели развития плодовой мушки дрозофилы. Продолжая исследования этого сигнального пути на дрозофилах и клетках млекопитающих в качестве руководителя исследовательской группы в унивеситете Констанца (Германия) в 2005-2011, он защитил Хабилитацию по биологии развития и клеточной биологии в 2010 (признана эквивалентной степени д.б.н. решением ВАК в 2014). В 2011 В.Л. Катанаев присоединился к департаменту фармакологии и токсикологии университета Лозанны в должности ассоциированного профессора, перевезя свою лабораторию из Констанца в Швейцарию. На новом месте, работы проф. Катанаева были направлены на внутриклеточную передачу сигнала в норме и при патологиях; из последних рак молочной железы стал основным объектом исследований. Объединяя фундаментальные и трансляционные подходы, лабораторией Катанаева был разработан ряд препаратов-кандидатов на роль новых лекарственных соединений, нацеленных на онкогенные сигнальные пути. В 2018 В.Л. Катанаев вместе с лабораторией переезжает в университет Женевы, где получает должность полного профессора и зав. кафедрой трансляционной онкологии на медицинском факультете, продолжая фундаментальные и прикладные исследования в области внутриклеточной передачи сигнала.
В дополнении к профессорским проектам в Европе, В.Л. Катанаев также руководит вторичными лабораториями в России: в 2008-2013 в качестве заведующего группой генетики развития в Институте белка РАН (Пущино); с 2015 по настоящее время — в качестве заведующего лабораторией фармакологии природных соединений Школы биомедицины ДВФУ (Владивосток). В 2019 проф. Катанаев получил титул иностранного эксперта высокого уровня (High-End Foreign Expert), вступив в программу 100 талантов провинции Фудзянь и 100 талантов Фучжоу (Китай).