Поленов жил в Петербурге, затем в Москве (с 1877); работал над  историческими картинами, пейзажами, произведениями бытового жанра. В усадьбе Борок Тульской губернии (ныне Поленово) он основал художественный музей (1892). Как художнику-корреспонденту ему довелось  участвовать в сербо-черногорско-турецкой (1876) и русско-турецкой (1877-1878) войнах  (наследник Александр Александрович, руководящий тогда военными действиями одной из балканских армий, хотел видеть Василия Дмитриевича художником при своей ставке). Об этих событиях в жизни художника напоминает работа «Пленный турок», выполненная маслом на дереве. Изначально она поступила в Третьяковскую галерею от самого автора, а в 1932 году была передана в Центральный музей Татарской АССР.

В 70-е годы Поленов неоднократно обращался к мотиву старого усадебного парка, что выражало его романтическое мироощущение. «Заросший пруд» (1879) «Московский дворик» (1878), «Бабушкин сад»(1878) и другие известные работы Поленова сегодня хранятся в Государственной Третьяковской галерее.

Начиная с 1880-х годов Поленов  работал над циклом картин «Из жизни Христа» (1897-1909). В 1881— 82 годах он предпринял путешествие на Восток, необходимое ему,  чтобы «вжиться» в атмосферу библейского повествования, проникнуться его духом, создать исторически достоверную обстановку.  Там он сделал массу талантливых зарисовок палестинских пейзажей, портретных набросков и ландшафтных этюдов. Художника прежде всего интересовала обстановка земной жизни Христа. Несмотря на жанровый характер работ большое место в них уделено пейзажу. И здесь с особенной силой проявляется мастерство художника, умеющего великолепно передать фактуру скал и камней, воды и растительности, панорамы древних городов, гор и долин, цветовые контрасты, воздушную перспективу, различные состояния природы. В эти годы были написаны картины «Тивериадское (Генисаретское озеро)», «Палестинский вид» и «Берега Тивериадского озера». Одна из центральных работ этого цикла «Христос и грешница» на XV выставке Товарищества передвижников была куплена Александром III для своей коллекции. В 1897 картина поступила в собрание Русского музея. 

Поленов принимал участие в Абрамцевском художественном кружке. Он же устроитель «поленовских» рисовальных вечеров (1884-1892), театральный художник в московской Русской частной опере и Большом театре, организатор Народного театра в Москве (1910), Народный художник РСФСР (1926).

Творческое наследие художника остается востребованным и интересным в наши дни. В 2017 году в Зале современного этноискусства Елабужского государственного музея-заповедника состоялось открытие двух выставок из фондов Государственного музея-заповедника В.Д. Поленова (Тульская область). На выставке «Евангельский цикл» была представлена серия картин, отразивших главные моменты Нового Завета, рассказывая на полотнах о земном пути Христа. Вторая выставка – «В.Д. Поленов и художники его круга» представляет работы Поленова и его современников – учеников и мастеров старшего поколения.

С  июня по сентябрь 2018 года  посетители Центра "Эрмитаж-Казань" имели возможность  посетить экспозицию, прибывшей из Москвы выставки "Передвижники: 1871-1902. Из собрания Третьяковской галереи". Там была представлена работа Поленова «Харам эш-Шериф».

К юбилею художника в феврале этого года Музей изобразительных искусств Республики Карелия организовал выставку «Василий Поленов. Возвращение в гимназию». Проект разработан совместно с партнёрами – «Государственным мемориальным историко-художественным и природным музеем-заповедником В.Д. Поленова», Национальным архивом Карелии и Виртуальным филиалом Государственного Русского Музея.

Уже скоро в октябре 2019 года откроется выставка Третьяковской галереи «Василий Поленов», где впервые московским зрителям представят работу «Христос и грешница».