Vytautas Landsbergis-Žemkalnis gimė 1893 m. kovo 10 d. (senuoju stiliumi vasario 26 d.) Linkaičių dvare, Linkuvos apylinkėje, Panevėžio apskrityje, žinomo tautinio atgimimo veikėjo, publicisto, dramaturgo Gabrieliaus Landsbergio, pasirašinėjusio Žemkalnio slapyvardžiu, tuo metu buvusio Karpio dvarų valdytoju, šeimoje. V. Landsbergis-Žemkalnis gana ilgai buvo žinomas V. Landsbergio pavarde ir tik 1939 m. šią savo vokiškos kilmės pavardę, pasinaudodamas tėvo literatūriniu slapyvardžiu, oficialiai pakeitė į V. Žemkalnio. Ilgainiui vartosenoje prigijo dviguba pavardė.
1895 m. Landsbergių šeima persikėlė į Maskvą, kur ir praėjo Vytauto vaikystė. 1899 m. čia jis pradėjo lankyti Ugonicelovos pradinę mokyklą, o 1900 m. – N. ir A. Medvednikovų gimnaziją. 1904 m. šeimai grįžus į Lietuvą, Vytautas mokėsi Vilniaus realinėje mokykloje. 1908 m. perėjo į Rygos realinę gimnaziją, kurią baigęs 1913 m. įstojo į Rygos politechnikos instituto Architektūros skyrių. 1915 m. institutas evakuotas į Maskvą. 1916 m. V. Landsbergis-Žemkalnis mobilizuojamas, baigęs karininkų mokyklą, tarnavo Maskvoje, Mcenske, Austrijos fronte, už nepaklusnumą vyresnybei suimtas. 1917–1918 m. dirbo „Centrotekstilėje“ Maskvoje.
1918 m. vasarą pirmuoju pabėgėlių ešelonu V. Landsbergis-Žemkalnis grįžo į ką tik Nepriklausomybę paskelbusią Lietuvą ir išvyko į Rygą tęsti studijų Baltijos aukštojoje technikos mokykloje. Prasidėjus kovoms už Nepriklausomybę, su pirmaisiais savanoriais jis įstojo į besikuriančią kariuomenę. 1919 m. dalyvavo kovose su bermontininkais, po Radviliškio kautynių apdovanotas Vyčio kryžiumi su kardais. 1920 m. kovų su lenkais metu pateko į nelaisvę, kalintas Vadovicų stovykloje, iš kurios pabėgo į Čekoslovakiją, ten internuotas, bet sužinojęs apie prasidėjusį gen. L. Želigovskio puolimą pabėgo į Lietuvą. Iki 1922 m. artilerijos kapitonas V. Landsbergis-Žemkalnis vadovavo haubicų baterijai Kaune.
1921 m. jis vedė prof. Jono Jablonskio dukrą Oną, 1918 m. baigusią Petrogrado medicinos akademiją, vieną pirmųjų akių ligų gydytojų Lietuvoje. 1922 m. jiems gimė duktė Alena, 1929 m. – sūnus Gabrielius, 1932 m. – Vytautas. Pasibaigus karui, 1922 m. įstojo į ką tik įsteigto Lietuvos universiteto Technikos fakultetą studijuoti statybą. Tuo metu dalyvavo vykdant svarbią valstybinę užduotį: revolveriais ginkluoti Vytautas Landsbergis-Žemkalnis ir Faustas Kirša, vadovaujami Juozo Urbšio, keleivinio traukinio kupė pergabeno lagaminuose sukrautą Lietuvos auksą iš Berlyno į Ženevos banką. Norėdamas tęsti architektūros studijas, 1923 m. įstojo į Romos karališkąją aukštąją architektūros mokyklą, kurią baigęs 1926 m. tapo pirmuoju Lietuvoje architektu, baigusiu mokslus Vakarų Europoje. 1927–1929 m. dirbo Lietuvos universiteto architektūros katedros jaunesniuoju asistentu. Vis gausėjant užsakymų, atsisakė pedagoginio darbo ir įsteigė privatų projektavimo darbų biurą.
1939 m. V. Landsbergis-Žemkalnis paskirtas Vilniaus miesto vyriausiuoju inžinieriumi, 1940 m. – vyriausiuoju architektu, 1941–1944 m. – vėl vyriausiuoju inžinieriumi. Tuo pat metu skaitė paskaitas Vilniaus universiteto Miškų fakultete. Svarbiausias tų metų darbas – sostinės generalinio plano sudarymas. Jam vadovaujant, baigta Rotušės regeneracija, atlikta Katedros aikštės rekonstrukcija, sutvarkytos Rotušės, Daukanto, Savivaldybės aikštės, Aušros Vartų, Didžioji, Rūdninkų, Šv. Mikalojaus gatvės. Organizavo viešuosius darbus bedarbiams Vilniaus–Kauno plento, Turniškių elektrinės statybose, miesto tvarkyme. Iš bedarbių muzikantų B. Dvarionui pavedė organizuoti simfoninį orkestrą. 1941 m. paruošė eskizinį 1200 vietų operos ir baleto teatro projektą. Sukilimo prieš raudonuosius okupantus metu sudarytoje Laikinojoje vyriausybėje V. Landsbergis-Žemkalnis tapo Komunalinio ūkio ministru. Vokiečių okupacijos metais Landsbergių šeimoje prieglobstį surado persekiojami rezistentai, žydai. 1944 m. už priešnacinę veiklą gestapas suėmė ir išvežė į Vokietiją sūnų Gabrielių. Stengdamasis jį išvaduoti, paskui išvyko ir V. Landsbergis-Žemkalnis, Lietuvoje palikęs žmoną ir sūnų Vytautą.
1946–1949 m. jis dirbo piešimo ir architektūros perspektyvos mokytoju lietuvių gimnazijoje Eichštate, dėstė tarptautiniame UNRRA (Jungtinės tautų pagalbos ir atstatymo administracijos) universitete statybą ir architektūros kompoziciją. 1949 m. išvyko pas Australijoje įsikūrusį sūnų ir iki 1958 m. Melburne dirbo Darbų ir statybos departamento architektu. Kartu su kolegomis suprojektavo Australijos ambasados kompleksą Naujajame Delyje (Indija), Europiečių ir aborigenų ligoninės kompleksą Port Morsbyje (Naujoji Gvinėja), Australijos sandraugos biurą Melburne, Mokesčių inspekcijos rūmus Brisbene, Kinų kvartalo Melburne užstatymą. Savarankiškai parengė Australijos ambasados Naujajame Delyje (Indija) parko ir Nacionalinio parko Hobarte (Tasmanija) bei „Burghart Hurle“ bendrovės guolių įmonės Melburne projektus. 1952–1953 m. pirmininkavo Melburno lietuvių kultūros fondui, rengė jo metraštį „Atolas“.
1959 m. grįžęs į Lietuvą, tapo Miestų ir kaimų statybos projektavimo instituto Kauno filialo vyriausiuoju architektu. Vėl rūpinosi tolesniu Vilniaus bei Kauno senamiesčių tvarkymu. Paruošė Viešosios bibliotekos, M. K. Čiurlionio dailės muziejaus priestatų Kaune, Onkologijos mokslinio tyrimo instituto Vilniuje, Gamtos tyrimų stoties prie Biržulio ežero projektus, kurie nebuvo įgyvendinti. 1961–1984 m. dirbdamas Paminklų konservavimo institute, vadovavo Šatrijos Raganos mauzoliejaus Židikuose ir koplytstulpio Tirkšliuose restauravimui, paruošė Pranciškonų varpinės ir Žemutinės pilies arsenalo Vilniuje rekonstrukcijos eskizinius projektus, Taujėnų dvaro ansamblio restauravimo, J. Jablonskio memorialinio muziejaus Rygiškiuose ekspozicijos pertvarkymo projektus, Kauno IX-ojo forto muziejaus-memorialo konkursinį projektą, suprojektavo keletą antkapinių paminklų. Visą gyvenimą viešai reiškė bekompromisinę nuomonę architektūros, urbanistikos, paminklotvarkos, aplinkotvarkos klausimais.
Vytautas Landsbergis-Žemkalnis mirė 1993 metų gegužę, sulaukęs garbingo 100 metų jubiliejaus. Mirė Vilniuje, amžinojo poilsio atgulė Petrašiūnų kapinėse.