Родился 20 июля 1906 года в городе Брест-Литовский. Трудиться начал на Липецкой электростанции, потом перешел в Орловский обком партии. В армию призван в 1927 году. После окончания Ленинградской военно-теоретической школы ВВС и 2-й военной школы летчиков в Борисоглебске перешел в ГВФ. Принимал участие в борьбе с басмачами в Казахстане. Среди наград – пистолет с дарственной надписью.

Одним из первых прокладывал авиатрассы на Сахалин и Камчатку во время работы командиром отряда ГВФ на Дальнем Востоке, затем перешел в Управление полярной авиации.

Участник ряда рекордных по дальности перелетов, в частности, Москва-Сахалин.В экспедиции к Северному полюсу в 1937 году командовал воздушным кораблем СССР Н-169. После первой в мире посадки самолета на Северный полюс Водопьяновым в числе оставшихся трех экипажей присоединился к нему. За эту экспедицию награжден званием Героя Советского Союза («Золотая звезда» № 39).

Начальник полярной авиации с 1938 года.В финской войне совершал боевые вылеты на ТБ-3.В начале Великой Отечественной был заместителем начальника Главсевморпути контр-адмирала Папанина. Затем получил назначение на Красноярскую воздушную трассу, по которой перегонялись самолеты, поступавшие из США по ленд-лизу. Одновременно командовал 1-й перегоночной авиадивизией (5 перегоночных и 1 транспортный авиаполк). Протяженность трассы от Фэрбенкса на Аляске до Красноярска (через Берингов пролив, Чукотку, Колыму, полюс холода в Оймяконе) составляла почти шесть с половиной тысяч километров.

С 1953 года продолжает работу на Севере. Наверное, единственный в мире летчик, совершивший 254 полета на дрейфующие станции в район Северного полюса.

В 1956 году работает в Южном полушарии в качестве командира отряда 1-й и 2-й антарктических экспедиций. Первый в мире летчик, который произвел посадку самолета на вершину айсберга.Автор нескольких книг, посвященных полярной авиации.

Скончался 2 января 1989 года. Упокоился на Троекуровском кладбище в Москве.