Принадлежал к династии Хосроидов. Сын царя Митридата VI и царицы Сандухты.
Прозвище Горгасал (Горгасали) (букв. Волчеголовый) было дано ему персами. Как гласит предание, у царя был шлем, на котором спереди была изображена голова волка, а сзади - лев. Завидев шлем с изображениями волка и льва, персы начинали кричать друг другу: "Дур аз горгасар" (берегись волчьей головы).
Занял престол в семилетнем возрасте после смерти своего отца. До достижения Вахтангом совершеннолетия регентшей была его мать Сандухта.
Ко времени его правления Картлийское царство в середине V - начале VI века являлось вассалом сасанидского Ирана. Сообщения грузинских источников о существовании во Мцхете (столице Картли) района, где жили огнепоклонники во главе с "епископом огнепоклонников", который занимал почетное место при царском дворе, указывают на то, что религия доисламского Ирана маздеизм пользовалась правами законного вероисповедания в Картли.
Вахтанг был женат на принцессе Балендухте, дочери персидского царя Ормизда, наставником которой был Ражден Перс, ставший в 457 году первомучеником Грузинской Церкви.
Основная деятельность Вахтанга была направлена на объединение Грузии и уменьшение зависимости ее провинций от власти Ирана. Царь старался использовать противостояние Ирана и Византии в пользу интересов Картли. Вернул захваченную Византией грузинскую провинцию Кларджети, присоединил находившуюся в сфере влияния Ирана Эрети, распространил влияние Картли на западногрузинское государствово Эгриси. Выступив против северокавказских кочевников-аланов (460-е годы), занял крепость Дарьял - опорный пункт Картли на северной границе. Затем он совершил поход в Западную Грузию, освободил её от византийцев, укрепил власть царя Губаза и победоносно возвратился в Картли.
Он укреплял и восстанавливал крепости (Дарьял, Уджарма, Череми, Хорнабуджи, Артануджи), создав систему фортификационных сооружений.
В 470-е годы отказался участвовать в войне против Византии, бросил в темницу главного служителя культа огня Бинкарана, изгнал огнепоклонников из Картли. В ответ из Ирана было направлено карательное войско. Несмотря на то что в результате переговоров Вахтангу вновь пришлось признать себя вассалом Ирана, огнепоклонство в Картли уже не имело прежнего статуса. С согласия дарбази (совещательного органа при царе) Вахтанг назначил эриставов (в том числе и на вновь присоединенных территориях), которые непосредственно подчинялись его власти.
В то же время Вахтанг начал церковную реформу с целью добиться признания автокефалии Грузинской Православной Церкви. Он хотел поставить во главе Церкви католикоса и попросил Восточного Римского императора прислать в Картли католикосом знакомого Вахтангу священника Петра и 12 епископов. Разгневанный архиепископ Картли Михаил I, у которого и до этого были разногласия с Вахтангом в связи с борьбой между халкидонитами и антихалкидонитами, назвал царя вероотступником, проклял его и войско. Во избежание дальнейшего углубления конфликта Вахтанг отправился к архиепископу и преклонил перед ним колена, чтобы коснуться его ризы, но Михаил пнул царя ногой и выбил ему зуб. Царь выслал архиепископа из страны в Константинополь, к патриарху. Архиепископа Михаила определили иноком в монастырь Акимитов близ Константинополя. Католикос Петр с 12 епископами, прибывшие из Константинополя, были отправлены к Антиохийскому патриарху, поскольку Грузинская Церковь подчинялась Антиохийской Церкви. Получив благословение, они вернулись в Константинополь. По преданию, император Лев I Великий передал им дары для грузинского царя, а также отправил во Мцхету свою дочь Елену, предназначавшуюся в жены Вахтангу. Некоторые из прибывших епископов возглавили вновь образованные епархии, а другие сменили епископов - сторонников архиепископа Михаила. К концу V века в Картли уже существовало 24 епархии и страна была форпостом Христианства на Кавказе.
Укрепив положение страны, Вахтанг возобновил борьбу с сасанидским Ираном. В 484 году он возглавил крупное восстание грузин и армян. Хотя восстание было подавлено, Сасаниды были вынуждены ослабить свой режим.
В 502 году св. Вахтанг был смертельно ранен стрелой в сражении с персами на берегах реки Иори. Перед смертью царь Вахтанг созвал духовенство, семью, царский двор и завещал им быть твёрдыми в вере и искать смерти ради Имени Христа, дабы получить вечную славу. Царя похоронили в перестроенном им же соборе Светицховели, где находилась фреска с его изображением.
Вахтанг собирался перенести столицу в Тбилиси, провел строительные работы и завещал осуществление этого замысла своему преемнику, построил храмы Никози и Ниноцминда (3-я четверть VI века), город-крепость Череми. Его имя связано с участием в строительстве монастыря Святого Креста в Иерусалиме, где на стене до XIX века существовало его изображение. В Британском музее хранится гемма с пехлевийской надписью и изображением мужчины в царском венце, которого идентифицируют с Вахтангом Горгасали.
Ему наследовал его сын Дачи.
Вахтанг почитается образцом мужества и мудрости. Многочисленные народные стихи, поэмы, предания, посвященные легендарному правителю, свидетельствуют о любви грузин к нему. Царское знамя Грузии называется «Горгасалиан Давитиани».
Вскоре после кончины царя было создано недошедшее до настоящего времени краткое историческое сочинение, в XI в. в расширенной редакции оно вошло в Картлис Цховреба («Житие Картли»). Автор сочинения Джуаншер Джуаншериани, а также другие исторические источники называют Вахтанга «мучеником за веру Христову».
Грузинская Церковь причислила его к лику святых и установила день поминовения 30 ноября.
По благословению Католикос-Патриарха всея Грузии Илии II к Сионскому патриаршему храму был пристроен придел во имя Вахтанга Горгасали, а в городе Рустави воздвигнут кафедральный собор в его честь.
Священный Синод Румынской Православной Церкви на совещании 21 июля 2011 года утвердил канонизацию митрополита в лике святителей. Днем его памяти было установлено 30 ноября. Торжественное прославление последовало 29 октября 2011 года в Сибиуском кафедральном соборе. Чин канонизации возглавили патриархи Румынский Даниил и Александрийский Феодор II в присутствии многочисленных румынских и греческих иерархов.
