Виталий Андреевич родился 10 (23) января 1903 года в Томске. Отец, выходец из крестьян, основал своё дело, мать работала земским врачом. Виталий Андреевич был пятым ребёнком в большой семье. Родители Виталия были очень разными по характеру людьми: мать была прирожденным лидером, женщиной с твердым и непростым характером, а отец - полная ей противоположность - мягким и покладистым. По своему характеру Виталий Андреевич Грачёв был похож на мать.
Самостоятельную жизнь начал рано, служил техником в авиационных частях, затем работал киномехаником. Окончил несколько курсов Томского технологического института, однако был исключен оттуда за непролетарское происхождение. Он так никогда и не получил высшего образования.
К 29 годам он был безработным и в декабре 1931 года по мобилизации был направлен в техотдел строящегося в то время Нижегородского автозавода. Именно там проявились его творческие способности конструктора.
К 1936 году он самостоятельно разработал автомобиль, получивший наименование «ГАЗ-АААА». На этом автомобиле Виталий Андреевич участвовал в знаменитом Каракумско-Памирском автопробеге. В 1937 году под его руководством был разработан грузопассажирский трехосный автомобиль ГАЗ-21 (впоследствии тот же индекс дали первой «Волге»), на базе которого впоследствии был создан семиместный легковой автомобиль и два бронеавтомобиля.
В 1938-1939 годах Виталий Андреевич спроектировал первый советский легковой вездеход ГАЗ-61 (на базе шестицилиндровой «Эмки»), который до наших дней так и остался непревзойдённым по динамике и проходимости для машин этого класса. Решение о начале разработке ГАЗ-61 Виталий Андреевич «пробил» с огромным трудом, у самого Ворошилова. Эта машина пошла в серию уже в конце 1940 года.
В 1941-1944 годах под его руководством были разработаны армейский внедорожник ГАЗ-64 и бронеавтомобили БА-64 и БА-64Б. На базе БА-64 впоследствии был создан автомобиль ГАЗ-67Б, а также колёсная самоходная пушка ГАЗ-68 (КСП-76) и другие образцы колёсной военной техники.
В сентябре 1944 года Виталий Андреевич Грачев был назначен главным конструктором автозавода в Днепропетровске, где им был создан армейский плавающий автомобиль ДАЗ-485.
С 1951 года Виталий Андреевич Грачев - заместитель главного конструктора, а с 1954 года - главный конструктор специального конструкторского бюро автозавода ЗИС (ЗИЛ) в Москве.
На этой должности Виталий Андреевич находился до последних дней своей жизни. Под его руководством были созданы автомобили ЗИЛ-157, ЗИЛ-134, ракетоносец ЗИЛ-135К (единственное в мире серийное шасси с двумя автоматическими коробками передач), бронетранспортёры БТР-152А, БТР-152Б, средние колёсные артиллерийские тягачи, многоцелевые армейские транспортеры и установки на их базе. Виталий Андреевич автор разработки и создания поисково-спасательного мобильного комплекса «490», автомобили комплекса («Синие птицы») обладают абсолютной проходимостью.
На очередной планерке КБ В.А.Грачев закрасил красным карандашом последнюю неделю декабря 1978 года и после паузы пояснил: «Дальше будете работать без меня».
Скончался в своей квартире на ул. Автозаводской 24 декабря 1978 года. Урна с прахом захоронена в Москве на Донском кладбище (уч. № 3).
Виталий Андреевич Грачёв имел награды:
орден Ленина
орден Трудового Красного Знамени
орден «Знак Почёта», а также медали
Сталинская премия третьей степени (1942 год) - за разработку новых конструкций автомашины и бронеавтомашины «БА-64»
Сталинская премия третьей степени (1951) - за создание нового образца автомобиля (трёхосной амфибии «ДАЗ-485»)
Виталий Андреевич Грачёв спроектировал или участвовал в создании следующей техники:
Легковые автомобили
ГАЗ-АААА
ГАЗ-21 - опытный (трёхосный) внедорожник
ГАЗ-61
ГАЗ-64
ГАЗ-67
Грузовые автомобили
ЗИС-485 - автомобиль-амфибия (первоначально был разработан на Днепропетровском автомобильном заводе и имел индекс ДАЗ-485)
ЗИС-Э134
ЗИЛ-132
ЗИЛ-132С
ЗИЛ-132П
ЗИЛ-134
ЗИЛ-135 (семейство из более 20 модификаций различного, в основном военного, назначения)
ЗИЛ-157
ЗИЛ-157Р
ЗИЛ-Э167
Бронеавтомобили
БА-64
Бронетранспортёры
БТР-152А
БТР-152Б
Спецмашины
ЗИЛ-136
ПКЦ-1
ШН-67
ПЭУ-1
ЗИЛ-5901 (ПЭУ-2)
ЗИЛ-4904 (ПЭУ-3)
ЗИЛ-49042
ЗИЛ-4906 «Синяя птица» - грузовой трёхосный полноприводный плавающий автомобиль поисково-спасательного комплекса 490
ЗИЛ-49061 «Синяя птица» - пассажирский трёхосный полноприводный плавающий автомобиль поисково-спасательного комплекса 490
ЗИЛ-2906 - шнекороторный снегоболотоход поисково-спасательного комплекса 490
