В 2005 году окончил факультет музыкального театра Российского института театрального искусства — ГИТИС (мастерская Розетты Немчинской).
Среди постановок в российских оперных и драматических театрах: «Енуфа» Яначека (2007), «Бенвенуто Челлини» Берлиоза (2007), «Братья Карамазовы» Смелкова (2008), «Мертвые души» Щедрина (2011), «Сказки Гофмана» Оффенбаха (2011), «Русалка» Даргомыжского (2013) и «Отелло» Верди (2013) в Мариинском театре; «Летучая мышь» И. Штрауса (2010) в Большом театре России, «Разбойники» Шиллера (2009) в Московском драматическом театре им. А. С. Пушкина, «Коварство и любовь» Шиллера (2011) в театре «Приют комедианта», «Новые страдания юного В.» (2012) в МХТ им. А. П. Чехова.
В 2013—2014 был художественным руководителем оперной труппы Михайловского театра, где поставил оперу «Летучий голландец» Вагнера.
Режиссер сотрудничает с зарубежными театрами: «Осуждение Фауста» Берлиоза (2015) в Национальном театре Мангейма, «Хованщина» Мусоргского (2015) и «Мадам Баттерфлай» Пуччини (2019) в Театре Базеля, «Солдаты» Бернда Алоиса Циммермана (2016) в Государственном театре Висбадена, L’Invisible («Невидимая») Ариберта Раймана (2017, мировая премьера) в Немецкой опере в Берлине, «Девушка с Запада» Пуччини (2018) в Венгерской национальной опере, «Евгений Онегин» Чайковского (2018) в Королевской опере в Стокгольме, «Тоска» Пуччини (2019) в Оперном театре Ганновера, «Игрок» Прокофьева (2020) в Литовском национальном театре оперы и балета.
В ближайших планах режиссера — российская премьера оперы Корнгольда «Мертвый город» в Московском театре Новая Опера им. Е. В. Колобова и постановка оперы «Сибирь» Джордано на фестивале в Брегенце в 2022 году.
Василий Бархатов — многократный номинант на российскую театральную премию «Золотая Маска». В 2019 году был номинирован на премию International Opera Awards как лучший оперный режиссер.