Trong tiểu thuyết Tam Quốc diễn nghĩa của La Quán Trung, Vương Doãn xuất hiện từ hồi thứ 4 đến hồi thứ 9. Ông là người đề xướng việc giết Đổng Trác với các quan, khi Tào Tháo nhận lời, ông đã trao dao quý cho Tào Tháo đi ám sát Đổng Trác. Việc không thành, Tào Tháo bỏ trốn và phát động chư hầu chống Đổng Trác, Vương Doãn không bị lộ.

Sau khi Đổng Trác chạy về Trường An, các chư hầu chống Đổng Trác do Viên Thiệu cầm đầu tan rã. Vương Doãn dùng con gái nuôi là Điêu Thuyền làm mỹ nhân kế để chia rẽ Đổng Trác và Lã Bố khiến Lã Bố giết Đổng Trác. Việc này được miêu tả trong hồi 8.

Vương Doãn bị Lý Thôi giết ở hồi 9 khi Trường An thất thủ. Ông nhất định không chạy cùng Lã Bố. La Quán Trung không nói tới việc Vương Doãn tìm cách thương lượng với Lý Thôi, Quách Dĩ bằng cách phong chức khi bị dồn lên lầu cùng vua Hiến Đế, mà mô tả ông nhảy xuống lầu, tỏ sự bất khuất trước Lý Thôi và sẵn sàng đón nhận cái chết.