Родился 24 марта 1951 г. в Москве. Его мать была учительницей.
В 1972 г. окончил исторический факультет Московского государственного педагогического института им. В. И. Ленина (ныне Московский педагогический государственный университет). Во время учебы подрабатывал электромехаником, работником цирка (впоследствии он вспоминал в одном из интервью, что на этом рабочем месте "медведей водил"). После вуза пытался поступить в аспирантуру Института психологии Академии наук СССР (ныне ИП РАН), однако ему было отказано по национальному признаку.
Доктор педагогических наук. Степень присвоена в 1997 г. Институтом управления образования Российской академии образования (тема диссертации: "Теоретические основы и практическая реализация модели адаптивной школы").
Член-корреспондент (2000), действительный член (2014) Российской академии образования.
В 1972 г. стал работать школьным преподавателем истории. С 1976 г. был учителем московской средней школы №109 (9-й микрорайон Теплого Стана), в 1978 г. был назначен ее директором. С 1981 г. начал реализовывать модель адаптивной школы по интегрированному обучению детей с отклонениями в развитии. С 1991 г. школа №109 была преобразована в экспериментальный комплекс, в который вошел детский сад, начальная, основная и старшая школы, досуговый центр, медико-психологический лицей. В ней была развернута система дополнительного образования, которая в настоящий момент включает в себя театральную студию, школу ремесел, творческое объединение путешественников, конно-спортивный клуб и т. д. Основной принцип работы адаптивной школы заключается в том, что не ребенок должен приспосабливаться к школе, а самому учебному заведению следует лучше учитывать способности и увлечения учащихся и разрабатывать специальные программы.
Параллельно с работой в школе №109 в 1990-1992 гг. Евгений Ямбург был советником Министерства образования РСФСР/РФ, в 1993-1995 гг. - начальником Управления образования Юго-Западного учебного округа г. Москвы.
В 2018 г. Ямбург являлся доверенным лицом кандидата на пост мэра Москвы Сергея Собянина.
Награжден медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (1997).