В 2004 году впервые попробовал себя в кино, сыграв эпизодическую роль в фильме «Формула».
В 2010 окончил РАТИ, мастерскую Сергея Голомазова. Работал в Театре на Малой Бронной.
В 2012 году сыграл в фильме «Арена» Эдуарда Бордукова. Кинолента была хорошо принята критиками и даже поучаствовала в рамках внеконкурсной программы ShortFilmCorner на 66-м Каннском кинофестивале и ещё в нескольких фестивальных показах в Польше, Германии, Словении, Монако и России.
Самой заметной работой Вадима Дорофеева стала главная роль в фильме Сергея Бодрова «Дочь якудзы». В фильме он сыграл молодого парня, которому спасает жизнь несовершеннолетняя дочь влиятельного японца, и по восточной традиции это спасение обязывает героя Вадима Дорофеева служить ей до конца своей жизни.
Всего успел сняться в десяти кинолентах, большей частью играл эпизодические роли. Помимо игры в театре и кино занимался предпринимательской деятельностью.
Был женат, воспитывал семимесячную дочь Василину и пятилетнего сына Илью.
Смерть
Вадим Дорофеев вместе со своим другом актёром (предположительно Дмитрием Дмитренко) начали тесно общаться с кавказцем, имевшим опыт боевых действий. В январе 2014 года они приняли ислам в трактовке братьев-радикалов. После чего Вадим задался целью ехать в Сирию «воевать за Бога» на стороне террористов. Ещё когда его 24-летняя жена Алёна была беременна, он долго уговаривал её вслед за ним принять ислам и хотел увезти вместе с детьми в Сирию, а в случае отказа обещал их бросить.
Отговорить Вадима от ухода в ИГИЛ пытался самый авторитетный исламский богослов Москвы, имам мечети на Поклонной горе Шамиль Аляутдинов, но никакие уговоры на него не подействовали.
Вечером 16 сентября Дорофеев сказал жене, что идёт обсудить новый кинопроект, а утром он уже добирался от Стамбула к сирийской границе, после чего связь с ним надолго пропала.
По данным полиции, Дорофеев с 2009 года находился на учёте Центра оперативно-розыскной информации как «профилактируемое лицо», по подозрению в наличии связей с преступником из Кабардино-Балкарии. Также информацию о нём собирало ФСБ: имя Вадима Дорофеева прозвучало при допросе семерых человек, задержанных по подозрению в пропаганде идей террора и вербовке жителей Москвы в ряды сторонников ИГИЛ.
Через какое-то время, после пропажи Вадима, его жене на телефон стали приходить сообщения, якобы от его имени, о том что он находится в Сирии и воюет на стороне ИГИЛ. Но жена считает, что возможно писал эти сообщения не Вадим. В последнем сообщении её поставили перед фактом гибели мужа и даже, по её словам, прислали фото.
Датой смерти Вадима Дорофеева значится 20 декабря 2014 года, хотя новость о его смерти появилась 25 января. Точные причины гибели неизвестны.