Родился 19 июня 1933 года в городе Актюбинск Казахской ССР.

Спустя год после войны семья Пацаевых переехала в дом отчима Ивана Ивановича Волкова, который после смерти жены остался с четырьмя детьми — Витей, Анатолием, Геннадием и Эммой. Они сдружились с Виктором и Галиной. В сентябре 1948 года семья переехала в город Нестеров Калининградской области. Отчима Виктора поставили на должность начальника сберкассы, Мария Сергеевна устроилась продавцом, а 20 сентября все дети пошли в школу.

В 1950 году Виктор Пацаев окончил школу и получил аттестат. После выпускного вечера он решил подать документы в Московский геологоразведочный институт на факультет аэрофотосъёмки. Виктор успешно сдал все экзамены, но не набрал нужного количества баллов, и ему предложили перевестись в Пензенский индустриальный институт. В течение всего первого курса он не расставался со своей мечтой — снова перевестись в геологоразведочный, но в Пензенском индустриальном институте на факультете точной механики открылось отделение счётно-аналитических машин, и Виктор подал заявление в деканат о зачислении его на новое отделение.

В 1955 году окончил Пензенский индустриальный институт и был направлен на работу в Центральную аэрологическую обсерваторию Гидрометслужбы СССР. Участвовал в конструировании приборов для метеорологических ракет.

В 1958 году перешёл на работу в ОКБ-1 (КБ Королёва). Работал в конструкторском отделе антенно-фидерных устройств.

В 1968 году был принят в отряд космонавтов (Группа гражданских специалистов № 3).

В 1971 году  Виктор Иванович Пацаев совершил полет в качестве инженера-исследователя космического корабля «Союз-11» и орбитальной космической станции «Салют-1». Полет продолжался 23 суток 18 часов 21 минуту 43 секунды. 

30 июня 1971 года при спуске спускаемого аппарата "Союза-11" произошла разгерметизация, экипаж, в составе Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора Пацаева погиб. Похоронен в Кремлевской стене.