Fils d'André Cherbuliez (1795-1874), pasteur, puis savant professeur à l'Académie de Genève, homme hébraïsant, helléniste et latiniste, et de Marie-Victoire-Izaline Bourrit (1795-1873), issue d'une famille huguenote cévenole réfugiée en Suisse, de leur union le 22 avril 1826 naît Charles Victor Cherbuliez le 19 juillet 1829 à Genève. Victor est le jeune frère de Sara (1827-1891), qui épousera le 1er septembre 1852, à Genève, Jacques-Laurent Karcher (1814-1898).
Deux oncles renommés : Antoine-Élisée Cherbuliez (1797-1869) économiste suisse, professeur de droit public et d'économie politique à l'Académie de Genève et École polytechnique fédérale de Zurich. Joël Cherbuliez (1806-1870) libraire à Genève et auteur d'articles de revues, de traductions.
Après 3 ans à l'Académie de Genève, Victor Cherbuliez étudie à Paris (1849-1850), il découvre le sanskrit et la philosophie, suit le cours d'Eugène Burnouf et scrute avec opiniâtreté Hegel et Aristote. Il poursuit ses études en Allemagne, tout d'abord à Bonn (1850), puis les termine à Berlin (1851-1852).
Sur le retour d'un voyage en Orient, il tombe sous le charme de la Grèce et écrit Le Cheval de Phidias (1860). Ouvrage qui lui valut l'estime de Charles-Augustin Sainte-Beuve, et la protection de George Sand, qui le recommanda à François Buloz (1803-1877), un patron de presse français. En 1862, Victor commence à publier ses chroniques politiques dans la Revue des Deux Mondes - parfois sous le pseudonyme G. Valbert. Dans la même Revue paraît Le Comte Kostia (1863), dont le succès fut considérable et qui révéla au gros public le nom de M. Victor Cherbuliez, qui peut dorénavant vivre de sa plume. En 1873 il publie Meta Holdenis, un des chefs-d'oeuvre du roman moderne. En 1875, il s'installe à Paris au 17 rue Gay-Lussac, et se fait naturaliser, redevient français en 1879. Deux ans plus tard, il est élu à l'Académie française le 8 décembre 1881, et reçu par Ernest Renan le 25 mai 1882. Sachant lire dans toutes les langues de l'Europe, Victor Cherbuliez avait une érudition variée, vivante, passionnée. Il était persuadé de la solidarité de l'humanité. Il était un dévot de Jean-Jacques Rousseau et abondait en anecdotes sur François-Marie Arouet, dit Voltaire. Armand d'Artois (1847-1912), un critique littéraire, a écrit ces mots élogieux sur Victor : Ce qui distingue les romans de Cherbuliez, c'est la vérité psychologique, l'analyse morale des personnages, la portée philosophique du sujet, la subtilité de pénétration du conteur ainsi que son humour à la Laurence Sterne, habile à mettre en relief l'ironie des choses, la complexité des sentiments qui paraissent les plus simples, la difficulté de la vie.
Le 25 avril 1856, Victor Cherbuliez épouse Charlotte Rochaix (1834-1894), employée de maison de ses parents. De leur union sont nés trois enfants : Laurence Lippmann (1857-1934), épouse de Gabriel Lippmann (1845-1921) lauréat du prix Nobel de physique de 1908. Puis Jean-Antoine Cherbuliez (1858-1928), et Ernest-Marie (1861-1899).
Le 24 octobre 1894, son épouse Charlotte décède, et cinq ans plus tard il perd son fils Ernest-Marie. La perte de ses êtres chers blesse douloureusement son coeur qui cesse brusquement de battre le 1er juillet 1899 à 69 ans dans sa propriété de Seine-et-Marne. Victor Cherbuliez a été inhumé au cimetière du Montparnasse à Paris.
Dans son journal intime le 5 avril 1864, Henri-Frédéric Amiel a écrit : Victor Cherbuliez comme le sphinx peut jouer de toutes les lyres et se joue de tout, avec une sérénité incroyable. J'ai lu pour la deuxième fois le Prince Vitale, avec admiration et presque éblouissement. Quelle richesse d'idées, de faits, de couleurs, quelle érudition, que de malice, d'esprit, de science et de talent, et quel irréprochable fini dans le style ; et quelle limpidité dans la profondeur ! L'auteur réunit tous les genres de mérite, de culture et d'habileté. On ne saurait être plus pénétrant, plus nuancé, et plus libre d'esprit que ce fascinateur ironique et caméléonien.
Chevalier de la Légion d'honneur (1870), Officier de la Légion d'honneur (1892).