Родился в Москве в семье книгоиздателя, учился в загородной школе-коммуне «Молодая Гвардия».
Свою научную деятельность В.В. Португалов начал будучи еще студентом зоологического отделения биологического факультета МГУ, куда он поступил в сентябре 1930 года после окончания технического отделения государственного техникума кинематографии, преобразованного позже в институт ВГИК. Первая публикация появляется в 1933 году в журнале «Zeitsch rift fur Zellforshung und Microscopische Anatomie». Будучи студентом, Виктор Валентинович читает лекции и проводит занятия по курсу рентгено-киносъемки: создает новые установки. В 1934 году после окончания университета Португалов переходит на постоянную работу в качестве старшего научного сотрудника НИИ зоологии и ассистента кафедры гистологии, с 1938 года работает в отделе морфологии ВИЭМ имени А.М. Горького.
В июне 1941 года Виктор Валентинович был мобилизован для прохождения службы в ряды Красной Армии. Службу начал в Сортировочно-эвакуационном госпитале №2314 в должности старшего лаборанта. В сентябре 1942 года был передан в распоряжение Наркомдрава и с этого момента работал в СЭГ-1390 в должности заведующего патологоанатомическим кабинетом. С марта 1943 года он — старший лаборант НИИСИ Красной Армии по вольному найму. В августе 1946 года В.В. Португалов был демобилизован в звании капитана медицинской службы. Награжден медалями «За оборону Москвы» и «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».
С 1947 по 1955 г. Португалов работает зав. отделом мед. радиологии Ин-та биофизики АМН СССР. В 1955 г. защитил докторскую диссертацию по гистофизиологии нервных окончаний. С 1955 г. зав. лабораторией биогистохимии Ин-та мозга АМН СССР, с 1964 г. зав. отделом Ин-та медико-биологических проблем М3 СССР, с 1978 г. зав. отделом гистомоле-кулярной биологии и зав. лабораторией нейрогистологии им. Б. И. Лаврентьева НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина АМН СССР.
В. В. Португалов опубликовал свыше 170 научных трудов, в т. ч. 5 монографий, посвященных в основном вопросам цитофизиологии нервной клетки, нервных волокон и окончаний, структурно-химической организации анализаторных систем мозга в процессах онто- и филогенеза. Им впервые продемонстрировано методом микрокиносъемки амитотическое деление ядра полиплоидной клетки.