Pendant la Seconde Guerre mondiale, Vorobiev sert dans la marine soviétique sur la mer Noire et travailla à la restauration du port maritime d’Odessa, nettoyant les mines en tant que plongeur.

Là, Vorobiev s’est familiarisé avec l’haltérophilie, sa première compétition étant le championnat du port maritime. Devenu champion d’haltérophilie, il a remporté deux médailles d’or olympiques dans la catégorie des 91 kg à Melbourne 1956 et Rome 1960. Il tient là sa revanche après son échec dans la catégorie inférieure à Helsinki 1952, lorsqu’il croit avoir remporté le concours en soulevant une barre supérieure à ses adversaires. Hélas pour lui, les juges refusent alors de la comptabiliser. Il est seulement classé troisième.

Devenu docteur en médecine aéronautique et spatiale, Vorobiev a publié plusieurs ouvrages scientifiques. Il a également écrit sur l’haltérophilie et entraîné l’équipe soviétique.

Il est le premier à avoir introduit des ordinateurs dans les programmes d’entraînement. En 1995, il a été intronisé au Temple de la renommée de la Fédération internationale d’haltérophilie.