Василий Сергеевич Путилин родился 23 января 1924 года в селе Приозёрное Усманского уезда Воронежской губернии (ныне Добринский район Воронежской области) в крестьянской семье.
Окончил семь классов школы. Незадолго до начала Великой Отечественной войны с родителями переехал в Воронеж. С 1941 года работал учеником аппаратчика и аппаратчиком в цехе выработки каучука Воронежского завода синтетического каучука имени С.И. Кирова.
В ряды Рабоче-Крестьянской Красной Армии В. С Путилин был призван Сталинским районным военкоматом города Воронежа весной 1942 года. В боях с немецко-фашистскими захватчиками красноармеец В. С. Путилин с июня 1942 года на Западном фронте в составе 322-й стрелковой дивизии. Боевое крещение принял в оборонительных боях под Жиздрой. В феврале 1943 года участвовал в Харьковской операции, в состав своего подразделения освобождал город Курск. После завершения операции 322-я стрелковая дивизия до августа 1943 года занимала оборону на центральном участке курского выступа в составе 60-й армии Центрального фронта севернее Рыдльска. С 22 марта 1943 года Василий Сергеевич воевал в должности связиста взвода связи 3-го стрелкового батальона 1087-го стрелкового полка. Особо отличился во время Битвы за Днепр.
26 августа 1943 года при прорыве вражеской обороны у села Клинцы Курской области красноармеец В. С. Путилин, не дожидаясь окончания артиллерийской подготовки, первым поднялся в атаку и личным примером увлёк за собой стрелковый взвод. Ворвавшись в немецкие траншеи, он навязал противнику рукопашную схватку, тем самым обеспечив продвижение своего батальона.
В ходе освобождения Левобережнйо Украины 322-я стрелковая дивизия из тактических соображений была передана 13-армии Центрального фронта. Немцы, начав отвод войск за Восточный вал, пытались остановить стремительное продвижение советских войск к Днепру, выставляя мощные оборонительные заслоны и удерживая ключевые опорные пункты. 18 сентября 1943 года в бою за село Дроздовка Черниговской области из строя вышел командир стрелковой роты. Приняв командование ротой на себя, красноармеец В. С. Путилин поднял бойцов в атаку и выбил немецкий гарнизон из села. Грамотно организовав оборону, он отразил контратаку противника, пытавшегося вернуть утраченные позиции.
19 сентября 1943 года войска 13-й армии форсировали Десну и 21 сентября первыми из частей Красной Армии вышли к реке Днепр. В ночь на 22 сентября в составе первого штурмового отряда красноармеец В. С. Путилин на подручных средствах форсировал водную преграду и участвовал в захвате плацдарма у села Нижние Жары Полесской области Белорусской ССР. Заняв прибрежные немецкие траншеи, десантники обеспечили переправу основных сил полка. Василий Сергеевич быстро установил связь с командным пунктом полка, а затем в составе группы бойцов произвёл разведку немецкой обороны. По обнаруженным разведчиками целям нанесла сокрушительный удар полковая артиллерия, что в значительной степени способствовало успешному расширению плацдарма. В течение 22 и 23 сентября 1943 года части 322-й стрелковой дивизии разгромили группировку противника в междуречье Днепра и Припяти и продвинулись вперёд более чем на 30 километров. 23 сентября 1943 года они форсировали реки Припять и Уж и мощным ударом с юга овладели опорным пунктом немецкой обороны селом Чернобыль. В дальнейшем красноармеец В. С. Путилин обеспечивал бесперебойную связь своего батальона со штабом полка, способствуя успеху батальона в боях на плацдарме. За успешное форсирование реки Днепр севернее Киева, прочное закрепление плацдарма на правом берегу реки Днепр и проявленные при этом отвагу и геройство указом Президиума Верховного Совета СССР от 16 октября 1943 года красноармейцу Путилину Василию Сергеевичу было присвоено звание Героя Советского Союза. За особые заслуги Василий Сергеевич был также произведён в сержанты.
В ноябре — декабре 1943 года в составе и 13-й и 60-й армий 1-го Украинского фронта 322-я стрелковая дивизия вел бои в Правобережной Украине, приняв участие в Киевской наступательной операциях. Отразив немецкий контрудар на киевском направлении, 24 декабря 1943 года части 60-й армии перешли в наступление. В. С. Путилин, ставший к этому времени уже старшим сержантом, в составе своего подразделения участвовал в освобождении города Житомира.
1 января 1944 года Василий Сергеевич был тяжело ранен разрывной пулей в живот. Поздним вечером следующего дня Путилина доставили в 408-й медикосанитарный батальон 322-й стрелковой дивизии, но спасти его врачам не удалось. В три часа ночи 4 января 1944 года старший сержант В. С. Путилин скончался . Похоронен В. С. Путилин в братской могиле советских воинов в селе Соболевка Житомирской области Украины.