Работает на Биологическом факультете МГУ с 1962 года, пройдя путь от младшего научного сотрудника кафедры биофизики до ведущего научного сотрудника кафедры физико-химической биологии, затем кафедры биохимии.
Область научных интересов – исследование структурной и функциональной организации пигментного аппарата фотобиологических систем. На кафедре физико-химической биологии В.А. Синещёков с коллегами обнаружили флуоресценцию бактериального и зрительного родопсинов, описали системы миграции и светосбора энергии при фотосинтезе. Им создано новое направление в изучении фоторегуляции морфогенеза растений – спектрофлуориметрия и фотохимия фитохрома in vivo.
В настоящее время под руководством В.А. в лаборатории молекулярной фотобиологии в сотрудничестве с учеными из Германии, Южной Кореи ведутся исследования молекулярных основ фоторецепции и трансдукции светового сигнала, регуляции светом физиологических и биохимических процессов в растениях.