Всеволод Сафонов родился 9 апреля1926 года в Москве, в семье интеллигентов. Его брат-близнец умер через сутки после рождения. Отец очень рано погиб, мальчик его никогда не видел. Воспитывался мамой. Детство было бедным и голодным. Семья жила в крохотной двухкомнатной квартирке с большим собственным садом на окраине столицы, на улице Сурикова в посёлке Сокол[2][3].
В детстве Севу́шка (так с любовью называла его мама) мечтал стать лётчиком[2].
Когда началась Великая Отечественная война, Всеволоду было пятнадцать лет. Он мечтал попасть на фронт и поступил в авиационный техникум, который окончил в конце войны, в 1945 году, но не по лётной специальности, а по технической. Рвался применить на практике все приобретённые знания и внести свою лепту в разгром немецко-фашистских захватчиков. Но, к огромному разочарованию молодого специалиста, медицинская комиссия не допустила его к военной службе по состоянию здоровья[2][3][4].
В одночасье все мечты Сафонова рухнули, и что делать дальше, юноша не знал. Друг предложил ему пойти вместе с ним на вступительные экзамены в театральное училище. Всеволод отнёсся к этой идее без особого энтузиазма, но решил всё-таки попробовать свои силы и, толком не выучив ни одного произведения, блестяще выдержал трудный экзамен и был принят[4].
В 1952 году получил очень ответственную работу в Драматическом театре Группы советских войск в Германии (в ГДР), куда в творческие командировки отправляли лучших молодых советских актёров. Играть в театре приходилось по три-четыре спектакля в день, к тому же труппа постоянно переезжала из гарнизона в гарнизон. Она давала многочисленные концерты по всей восточной Германии, играла патриотические спектакли, чтобы поддержать воинский дух наших солдат. Во время работы в ГДР Всеволод выучил немецкий язык и свободно на нём общался[2][4].
Первой главной ролью Всеволода Сафонова в кино стала роль лейтенанта Юрия Керженцева в военном художественном фильме «Солдаты» (1956) режиссёра Александра Иванова, принёсшая актёру первую известность.
Настоящую славу Сафонову принесла детективная лента «Дело „пёстрых“» (1958) режиссёра Николая Досталя, где актёр сыграл роль лейтенанта милиции Сергея Коршунова, оперуполномоченного МУРа[4].
Всесоюзную известность актёр получил в 1971 году после выхода на киноэкраны страны драмы режиссёра Андрея Смирнова «Белорусский вокзал», в которой Сафонов исполнил роль советского журналиста Алексея Кирюшина, бывшего фронтовика.
Первая жена — Валерия Ивановна Рублёва (1928—2012), советская актриса (окончила ленинградский театральный институт), позже работала режиссёром на «Мосфильме». Всеволод познакомился с Валерией в 1952 году в ГДР, во время работы в Драматическом театре Группы советских войск в Германии, куда молодые московские актёры были направлены в творческую командировку. По окончании контракта и возвращении на родину в 1955 году они поженились. Супруги были людьми очень разными и в какой-то момент вообще перестали понимать друг друга. В 1970 году, когда дочери было четырнадцать лет, они решили расстаться. От тоски и чувства сильной вины Всеволод начал сильно пить[2][3][4].
Вторая жена (с 1971 по 1992 годы) — Эльза Ивановна Леждей (1933—2001), советская актриса театра и кино, заслуженная артистка РСФСР (1974). Эльза и Всеволод познакомились в 1957 году на съёмочной площадке фильма «Шторм». Следующая их встреча произошла через четырнадцать лет, в 1971 году, на съёмках военной драмы «Слушайте, на той стороне». На тот момент актёр злоупотреблял алкоголем и был в процессе развода (жена, Валерия Рублёва, устав от пьяных загулов мужа, подала на развод). После второй встречи с Эльзой Всеволод предложил ей выйти за него замуж. Леждей ответила, что будет вместе с ним только при условии, если он бросит пить. Сафонов согласился и сдержал слово. Супруги прожили вместе двадцать один год, до самой смерти мужа. Потеряв супруга Эльза Ивановна замкнулась в себе, не снималась в кино, не общалась с журналистами и редко выходила из своей московской квартиры. 12 июня 2001 года актриса скончалась от того же недуга, что и муж[2][3][4].