После школы Вадим Захарченко уехал в Одессу, где в 1945 году поступил в Одесское мореходное училище. Однако, случайно встретив в рейсе знаменитого актера Николая Черкасова, оценившего талант молодого моряка, Вадим решил учиться на актера, для чего уехал в Москву. Поступив во ВГИК, он осваивал актерские навыки в мастерской Сергея Герасимова и Тамары Макаровой и принял участие в таких институтских постановках, как «Тиль Уленшпигель» и «Сельский врач». Окончив институт в 1953 году, Вадим Захарченко вошел в состав труппы Театра-студии киноактера.
Театральная карьера Вадима, к сожалению, так и не сложилась. Во многом это произошло из-за того, что он очень много снимался в кино. На счету актера около двухсот ролей. Первый фильм с его участием вышел в 1954 году. Это была военная картина по мотивам произведений Аркадия Гайдара «Школа мужества», где Вадим Захарченко сыграл Федьку Скворцова. После фильма «Первые радости» последовало участие актера в съемках драмы Григория Чухрая «Сорок первый» в роли офицера Кучковского, а в 1957 году Захарченко сыграл Прохора Зыкова в эпопее «Тихий Дон».
В 1959 году в роли Горобчика Захарченко снялся в приключенческой ленте «Зеленый фургон», а в 1961 году появился в картине «Нахаленок» по рассказам Шолохова.
Характерно, что Вадим почти не исполнял главных ролей, зато блестяще проявил себя как мастер эпизода и ролей второго плана, создавая яркие, разнообразные и запоминающиеся образы. Наиболее значимые из его ролей – богослов Халява в экранизации Гоголя «Вий», заносчивый сосед-интеллигент в поезде в лирической комедии 1972 года «Печки-лавочки», Уткин в шпионской эпопее «Возвращение резидента» и физрук Киреев в трагикомедии «Баламут». В 1993 году актер был удостоен звания заслуженного артиста России.
В последние 6 лет жизни Вадим Захарченко вынужден был отказаться от съемок из-за проблем со здоровьем.
