Родился 5 мая 1916 года в селе Боголюбово Акмолинской области ( ныне Бишкульский район Северного Казахстана ), в семье крестьянина. Окончил 8 классов неполной средней школы и 2 курса горного техникума в городе Копейске ( Челябинская область ). С 1935 года в Красной Армии. В 1939 году окончил Сталинградскую военную авиационную школу лётчиков.

С началом Великой Отечественной войны на фронте. Свою первую победу командир звена 55-го иап В. И Королёв одержал 26 июня 1941 года, сбив на И-16 бомбардировщик Ju-88. Он воевал на Южном, Юго - Западном, Западном, Брянском, 1-м Прибалтийском, 3-м Белорусском, 1-м Украинском фронтах.

Несколько результативных боёв лётчик провел в конце весны 1945 года, сбив в небе Германии 4 самолёта противника.

За период войны заместитель командира 482-го истребительного авиационного полка ( 322-я истребительная авиационная дивизия, 2-я Воздушная армия, 1-й Украинский фронт ) майор В. И. Королёв произвёл 435 боевых вылетов (по другим данным - 558) на И-16, Як-1, Як-7Б и Ла-5. Участвуя в 97 воздушных боях, сбил лично 21 ( Ju-88, 2 Ju-87, 6 Ме-109, 11 FW-190, PZL-24 ) и в группе с товарищами 10 самолётов противника. Штурмовыми действиями уничтожил 4 самолёта, 18 автомашин, 23 повозки, более 150 немецких солдат и офицеров.

27 июня 1945 года за мужество и воинскую доблесть, проявленные в боях с врагами, ему было присвоено звание Героя Советского Союза.

После окончания войны Виталий Иванович продолжал служить в ВВС. В 1948 году окончил Высшие офицерские лётно - тактические курсы в Липецке. Летал на реактивных машинах.

С 1957 года полковник В. И. Королёв - в запасе. Жил в городе Ржев Калининской области. Умер 4 ноября 1957 года.

Награждён орденами Ленина, Красного Знамени ( трижды ), Красной Звезды ( дважды ), медалями.

Ла-7 на котором летал капитан В. И. Королев. 482-й ИАП, весна 1945 года.