Початкову освіту отримав у Полтавському повітовому училищі, потім закінчив місцеву гімназію (1857 р.), навчався певний час на історично-філологічному факультеті Харківського університету, де здав іспит на звання вчителя.
На початку 60-х років вчорашній студент входить до складу Харківської громади, захоплюється просвітницькою діяльністю – бере активну участь у створенні недільних шкіл на Полтавщині. З приводу забезпечення закладів літературою звертається за консультацією до Т. Шевченка, який надсилає 3000 примірників свого «Букваря».
В цей час в країні активізується видавнича справа в напрямку популяризації книжок рідною мовою для народного читання. Василь Степанович здійснює роботу по дослідженню попиту на українські видання. Він розповсюджує їх у торгівельних місцях, а кошти надсилає М. Костомарову для підтримки подальшого розвитку друкарської справи. Розробляє з Олексанрдром Потебнею проєкт покращення грамотності серед народу, стає учасником етнографічних експедицій на Харківщині.
З 60-х років В. С. Гнилосиров займається викладацькою діяльністю у різних навчальних закладах Харківської губернії, а з 1873 р. по 1895 р. обіймає посаду наглядача Канівського двокласного училища. Під час навчального процесу педагог приділяє особливу увагу знайомству дітей з творчістю Т. Г. Шевченка, долучає учнів до акту вшанування пам’яті Великого Кобзаря. Зі споминів одного з вихованців: «Василь Степанович був рідним батьком для усіх учнів. З кожним балакав, як із своєю дитиною, на рідній українській мові, котра була для нього святинею. Володів він українською мовою так, як рідко хто володіє. У нього вона розкривала всю чаруючу свою силу, весь скарб своєї співучості і краси. Дякуючи цьому, більшість учнів його ще з школи зацікавлювалися долею рідного краю і його мовою…» (Яким Самотній).
Поступово Василь Степанович переймає на себе турботу про могилу Шевченка. Роботи по її впорядкуванню невпинно продовжувалися до 1884 р. Саме тоді поблизу місця поховання була споруджена хата, де оселилися родина доглядача могили Івана Ядловського і сім’я Василя Гнилосирова. Останній виділив частину цієї будівлі під «Тарасову світлицю», яка стала першим народним музеєм поета. У 1897 р. Василь Степанович започаткував Книгу вражень для відвідувачів (яка існує до цього часу). Про шлях, яким довелося пройти заради увіковічнення пам’яті про поета просвітник розповів у рукописі «До історії могили Т.Г. Шевченка».
На жаль, автору рукопису не вдалося реалізувати ідею створення дендрарію на Тарасовій горі, не склалося в повній мірі і з літературною творчістю. На зауваження О. О. Потебні стосовно занадто малої уваги до свого літературного дару В. С. Гнилосиров відповідав, що не мав можливості, бо «заїдала праця за шматок хліба». Літературний доробок Василя Степановича нечисленний. Публікувався переважно під псевдонімом О. Гавриш в часописах «Основа», «Зоря», «Киевская старина», є автором поеми «Закохана» (1893 р.), казки «Царівна-русалка» (1895 р.), збірки оповідань (1897 р.).
Просвітницька і педагогічна робота В.С. Гнилосирова занадто непокоїла його керівництво, яке вбачало в ній «українофільську» спрямованість. У 1896 р. його відправили у відставку на маленьку пенсію, що фактично залишало родину колишнього наглядача без джерел для існування. У 1900 р. Василь Степанович пішов з життя і був похований на Канівському цвинтарі (могила не збереглася).
Утім, Василь Степанович Гнилосиров лишився в історії України — подвижником української освіти, справжнім патріотом, самовідданим оборонцем культурного надбання свого народу.
