В 1974 году с отличием окончил Новосибирский институт народного хозяйства по специальности «экономист».
В 1978 году окончил аспирантуру Новосибирского государственного университета.
В 1978 — 1981 годах преподавал политическую экономию в Новосибирском государственном университете, Новосибирском институте народного хозяйства.
С 1981 года по 1991 год работал в органах власти Новосибирской области в должностях от начальника отдела областной плановой комиссии до заместителя начальника главного планово-экономического управления.
В 1978–1991 годах — член КПСС.
В 1991–1993 годах — заместитель председателя Новосибирского горисполкома.
В 1994 году был избран председателем городского собрания Новосибирска.
В 1994 — 1995 годах — президент Ассоциации сибирских и дальневосточных городов.
В марте 1996 года избран мэром Новосибирска.
С мая 1997 года — член Совета по местному самоуправлению в Российской Федерации.
С ноября 1998 года — член Совета по местному самоуправлению при Президенте Российской Федерации.
В январе 2000 года, во втором туре выборов, избран губернатором Новосибирской области.
До ноября 2001 года — член Совета Федерации Федерального собрания РФ по должности, сложил с себя полномочия в соответствии с новым федеральным законом «О порядке формирования Совета Федерации Федерального собрания РФ».
Был вице-президентом Союза российских городов.
В декабре 2003 года уже в первом туре был повторно избран губернатором Новосибирской области, получив 57,57% голосов избирателей.
11 октября 2005 года вступил в ряды партии «Единая Россия». В июле 2007 года полномочия губернатора Новосибирской области были продлены ещё на пять лет, после утверждении областным Советом кандидатуры Толоконского В. А., предложенной Президентом Российской Федерации В. В. Путиным.
9 сентября 2010 года указами Президента Российской Федерации Дмитрия Медведева принята отставка губернатора Новосибирской области и Виктор Толоконский назначен на должность полномочного представителя президента в Сибирском федеральном округе, а временно исполнять обязанности губернатора назначен его первый заместитель — Василий Алексеевич Юрченко, который и был в дальнейшем утвержден на этом посту.
12 мая 2014 года Толоконский был назначен исполняющим обязанности губернатора Красноярского края. 14 сентября Толоконский победил на выборах губернатора, набрав 63,28% голосов. 29 сентября 2017 года указом президента РФполномочия прекращены «по собственному желанию».
С 3 ноября 2017 года по 19 мая 2018 года — советник Высшей школы государственного управления филиала Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ в Новосибирске.
С 24 ноября 2017 года по 4 июня 2018 года — главный советник мэра Новосибирска Анатолия Локтя.
14 мая 2018 года Виктора Толоконского рекомендовали в состав совета директоров компании «Российские железные дороги». Соответствующее распоряжение подписал председатель правительства РФ Дмитрий Медведев. Но затем фамилию Толоконского отозвали из кандидатов в совет директоров «РЖД».