В 1937 году В.В.Санаев окончил ГИТИС и поступил в труппу МХАТа, работал также в Театре им. Моссовета. В первый раз он снялся в кино, сыграв лесоруба в фильме «Волга-Волга» в 1938 году – это была небольшая эпизодическая роль. Первая большая кинороль Санаева – роль Добрякова в кинофильме 1940 года «Любимая девушка». 

В кино Всеволод Санаев играл как положительных героев (большевик Емельянов в «Рассказах о Ленине», старшина Козлов в фильме «Пять дней, пять ночей», майор Сазонов в фильме «Это случилось в милиции», полковник Зорин в фильме «Возвращение Святого Луки», полковник Лукин в «Освобождении»), так и отрицательных персонажей (анархист Сиплый в «Оптимистической трагедии, Гомозов в фильме «Скуки ради»). Он всю жизнь жалел, что ему не выпал случай сыграть комедийную роль. 

Особенно удачно у актёра получались образы опытных, сильных людей, которые выходили у Санаева очень живыми и правдоподобными. Его последними заметными работами стал Фёдор Ходас с мелодраме «Белые Росы» в 1982 году и начальник в министерстве Ярослав Степанович из фильма Эльдара Рязанова «Забытая мелодия для флейты» в 1988 году.