Вадим Игоревич Племянников родился 26 января 1928 года в Париже. Его русский отец, Игорь Николаевич Племянников, был французским дипломатом в Египте и Турции, где и прошло детство Вадима. Мать — актриса Мария-Антуанетта Ардилуз. После смерти отца они с матерью переехали обратно во Францию. Сестра, Элен Племянникова, работала в киноиндустрии, известный монтажёр, работала с Нагиса Осима, Клодом Шабролем, Франсуа Трюффо, Луисом Бунюэлем.После изучения актёрского мастерства в 1944—1947 годах играл небольшие роли в театре. Взял себе сценический псевдоним Роже Вадим.
В это время он написал роман и представил его писателю Андре Жиду. Последний критично оценил литературное начинание Вадима, зато познакомил его с режиссёром Марком Аллегре, у которого Вадим начал работать ассистентом и соавтором сценария. Одновременно он работал журналистом в «Paris Match» .
В 1952 году женился на малоизвестной тогда актрисе Брижит Бардо. Первый фильм Вадима «И Бог создал женщину» (1956) с участием Бардо и Жана-Луи Трентиньяна сразу сделал его знаменитым.
В 1957 году Племянников и Бардо развелись.
В 1958 году Роже Вадим женился на датской актрисе Аннетт Стройберг, которая сыграла в его фильмах «Опасные связи» и «Умереть от наслаждения» .
В 1958 году родилась их дочь Натали ( Наталья Вадимовна Племянникова).
В 1960 году брак распался.
В 1960 году он познакомился с 17-летней Катрин Денёв. Брак был гражданским, продлился до 1965 года. Катрин Денёв снялась в фильме «Грех и добродетель» .
В 1963 году у них родился сын, Игорь Вадимович Племянников, известный как Кристиан Вадим, ставший актёром.После разрыва с Денёв Вадим познакомился с актрисой Джейн Фондой, он дважды предлагал ей сниматься в своих картинах.
В 1965 году они поженились, брак закончился разводом в 1973 году. Фонда появилась в фильмах «Карусель» , «Добыча» и «Барбарелла» . Брак продлился с 1965 по 1973 год. 28 сентября 1968 года у них родилась дочь Ванесса.Четвёртый брак, с 13 декабря 1975 по 10 июня 1977 года, с Катрин Шнайдер.
Он также завершился разводом. У них родился сын Ваня.Пятый брак, с 1990 по 2000 год, с актрисой Мари-Кристин Барро.
В начале 1980-х годов Роже Вадим играл в американских фильмах, снимал телефильмы (в «Красавица и чудовище» снялся Клаус Кински), был постановщиком спектаклей.
В последние годы жизни занимался литературной деятельностью, вышло несколько его книг.Умер 11 февраля 2000 года в Париже. Все его бывшие жены присутствовали при его погребении.
В том числе и пятая жена, актриса театра и кино Мари-Кристин Барро, единственная вдова Роже Вадима.От разных браков имел четверых детей: с Аннетт — дочь Натали, с Катрин Денёв — сына Кристиана, с Джейн Фондой — дочь Ванессу, с Катрин Шнайдер младшего сына — Ваню.