После окончания с отличием физико-механического факультета Ленинградского политехнического института (1958) Владимир Назаренко начал работать старшим лаборантом в ядерном филиале Физико-технического института Академии наук СССР (позднее Петербургский институт ядерной физики в Гатчине). Областью научных интересов В.А. Назаренко являлась физика атомного ядра и элементарных частиц, ученый изучал взаимодействия элементарных частиц, физику нейтронов. В 1966 году В.А. Назаренко защитил кандидатскую диссертацию по ядерному бета-распаду, в 1984 году — докторскую диссертацию по исследованию эффектов нарушения пространственной четности в реакциях радиационного захвата нейтронов. В 1974 году за цикл работ по обнаружению и исследованию несохранения четности в ядерных электромагнитных переходах совместно с В.М. Лобашевым, Ю.Г. Абовым и П.А. Крупчицким ученый был удостоен Ленинской премии. В последующие годы он исследовал взаимодействия и свойства ультрахолодных нейтронов, проводил эксперименты по поиску ЭДМ нейтрона, по обнаружению новых Р-нечетных эффектов во взаимодействии нейтронов с ядрами. В частности, им были выполнены эксперименты по обнаружению циркулярной поляризации гамма-квантов, эксперименты по измерению Р-четной циркулярной поляризации гамма-квантов в реакции радиационного захвата поляризованных нейтронов протонами, позволившие получить сведения о структуре дейтрона. В 1992 году В.А. Назаренко был избран директором Отделения нейтронных исследований Петербургского института ядерной физики, а в 1994 — директором Петербургского института ядерной физики. В мае 1997 года В.А. Назаренко был избран членом-корреспондентом Российской академии наук, а в 2006 — действительным членом РАН.