Виктор Толмачев родился 24 августа 1939 года.
В 1958 – 1962 годах выступал за СКА МВО (Калинин), а после перешел в ЦСКА, где играл до 1969 года. Был отчислен из ЦСКА из-за конфликта с тренером Борисом Кулагиным и перешел в воскресенский «Химик». После его ухода из клуба основным вратарем ЦСКА стал Владислав Третьяк.
«Толмачев был игроком основного состава ЦСКА, и это говорит о многом. Виктор вполне достойно играл во всех решающих матчах в период противостояния ЦСКА и "Спартака". Длительное время он выступал в составе звездной команды. Вратарю в ней нужно было быть опорой. Он достойно выполнил долг перед ЦСКА и хоккеем. Уйдя из клуба, он доигрывал в Воскресенске, где по существу не запомнился», — вспоминает бывший партнер по ЦСКА и сборной СССР, олимпийский чемпион Александр Пашков.
Провел в чемпионатах СССР более 300 матчей. Является серебряным призером чемпионатов СССР 1967 и 1969 годов. В 1963–1966 годах становился чемпионом страны в составе армейцев.
В 1966 – 1968 годах становился обладателем Кубка СССР. В составе национальной сборной СССР 10 официальных матчей. Четырежды входил в список лучших игроков страны. Был мастером спорта.