Родился 4 сентября 1875 г. (23 августа 1875 г. по старому стилю) в Павловске Санкт-Петербургской губернии (ныне город в составе Пушкинского района Санкт-Петербурга). Его отцом был скульптор Евгений Александрович Лансере (1848-1886). Мать - Екатерина Николаевна (1850-1933), дочь архитектора Николая Бенуа, сестра архитектора Леонтия Бенуа (1856-1928) и художника, критика, одного из основателей объединения "Мир искусства" Александра Бенуа (1870-1960). Евгений Лансере был старшим сыном в семье. Его брат Николай (1879-1942) впоследствии стал архитектором, сестра Зинаида (по мужу Серебрякова; 1884-1967) - известной художницей. Детство Евгения Лансере прошло в имении Нескучное близ Харькова. После смерти отца семья переехала в Петербург, в дом Николая Бенуа.
Евгений Лансере учился в Первой Санкт-Петербургской гимназии. Затем, в 1892-1895 гг., посещал занятия в рисовальной школе Общества поощрения художеств. Его педагогами были Ян Ционглинский, Николай Самокиш, Эрнест Липгарт.
В годы учебы был участником кружка по изучению истории искусств, на основе которого впоследствии было образовано объединение "Мир искусства" (Сергей Дягилев, Александр Бенуа, Константин Сомов, Лев Бакст и др.). Его члены пропагандировали отказ от академических традиций, считая приоритетным эстетическое начало в искусстве, свободное от социального или идеологического контекста. Под влиянием участников кружка Евгений Лансере отказался от поступления в Императорскую Академию художеств.
С 1895 по 1898 г. путешествовал по Европе. Во Франции посещал занятия в частных академиях скульптора Филиппо Коларосси и художника Родольфо Жюлиана. Изучал анатомию и историю искусства в Школе изящных искусств в Париже.
В 1898 г. Евгений Лансере вернулся в Россию. В 1899 г. стал членом объединения "Мир искусства".
В 1899 г. в Санкт-Петербурге вышла книга Екатерины Балабановой "Легенды о старинных замках Бретани" с его иллюстрациями. В том же году работы Лансере экспонировались на выставке русских и финляндских художников, устроенной Сергеем Дягилевым. Позднее Лансере оформлял журналы и альманахи "Мира искусства", занимался живописью. С 1901 г. сотрудничал с журналом "Художественные сокровища России".
В 1902-1903 гг. путешествовал по Сибири, Маньчжурии и Японии, в 1904 г. - по Кавказу. Был автором серии художественных открыток с видами Порт-Артура и Маньчжурии. Сотрудничал с издательством Общины святой Евгении (благотворительное общество, созданное Комитетом попечения о сестрах милосердия Красного креста).
В 1903 г. работал над изданием, выпущенным к 200-летию Санкт-Петербурга. С 1904 по 1912 г. вместе с рядом других художников занимался оформлением книги Александра Бенуа "Царское Село в царствование императрицы Елизаветы Петровны".
В 1903 г. стал членом Союза русских художников, куда фактически перешло большинство участников "Мира искусства". Принимал участие в организованных союзом выставках. В 1906-1907 гг. произведения Лансере экспонировались также в Берлине и Париже на выставках русского искусства, организованных Сергеем Дягилевым.
В 1905-1906 гг. Евгений Лансере сотрудничал с литературно-художественными сатирическими журналами "Зритель" Юрия Арцыбушева, "Жупел" Сергея Юрицына (Санкт-Петербург).
В 1906 г., после того как "Жупел" был запрещен цензурой, Лансере стал издателем его преемника - еженедельного иллюстрированного журнала политической сатиры "Адская почта". В нем печатались Максим Горький, Леонид Андреев, Константин Бальмонт, Федор Сологуб и др. Вышло всего три номера журнала, после чего он тоже был закрыт цензурой.
В 1906-1909 гг. Лансере работал для художественного литературно-критического журнала "Золотое руно" (редактор Николай Рябушинский; Москва), для частного издательства "Шиповник" Зиновия Гржебина и Соломона Копельмана.
Параллельно с работой в качестве иллюстратора, художника, издателя Евгений Лансере занимался оформлением театральных декораций и созданием костюмов. Сотрудничал со Старинным театром в Петербурге (1907-1912), на сцене которого ставились спектакли западноевропейского средневекового театра, театра эпохи Возрождения. Был оформителем постановок "Ярмарка на индикт Святого Дениса" (1907), "Чистилище святого Патрика" (1911).
В 1907-1912 гг. принимал участие в оформлении архитектурно-паркового ансамбля усадьбы Якова Жуковского (Кучук-Кой, Крым), особняков Гавриила Тарасова, Евфимии Носовой (Москва).
В 1910 г. стал одним из инициаторов возобновления деятельности "Мира искусства".
В начале 1910-х гг. Евгений Лансере преподавал в Школе живописи и рисования Екатерины Зарудной-Кавос, в 1915-1916 гг. - в Новой художественной мастерской в Петрограде.
В 1910-1912 гг. вместе с Иваном Билибиным и Рихардом Зарриньшем разработал юбилейную серию почтовых марок с изображениями Петра I, Елизаветы, Екатерины II, Павла I, Зимнего дворца (выпущена в 1913 г.).
С 1911 по 1915 г. - заведующий художественной частью императорских гранильных фабрик (Петергоф, Екатеринбург). Заведовал также художественной частью императорских стекольного и фарфорового заводов в Петербурге.
В 1913 г. был избран академиком Академии художеств, в 1915 г. - членом совета Академии.
Осенью 1914 г., во время Первой мировой войны, Евгений Лансере и Мстислав Добужинский первыми из русских художников отправились на фронт для натурных зарисовок. Лансере был военным художником-корреспондентом на Кавказском фронте. По возвращении в Петроград в 1915 г. организовал с Добужинским первую персональную выставку.
В 1916-1917 гг. вместе с группой художников под руководством Александра Бенуа, в которую входила также сестра Лансере Зинаида Серебрякова, участвовал в оформлении интерьеров Казанского вокзала в Москве. Был автором живописного плафона "Россия соединяет Европу и Азию". В 1916 г. работал также над иллюстрациями к повести Льва Толстого "Хаджи-Мурат". Однако книга вышла с купюрами из-за цензуры, полностью издание было выпущено в 1918 г.
После Октябрьской революции 1917 г. Евгений Лансере жил в Дагестане, в 1919-1920 гг. - в Баку, Ростове-на-Дону и Нахичевани-на-Дону, Новороссийске, был художником в осведомительно-агитационном бюро Добровольческой армии Антона Деникина. После поражения белых согласился сотрудничать с советской властью. В марте 1920 г. переехал в Тифлис (ныне Тбилиси, Грузия).
В 1920-1922 гг. - художник-рисовальщик в этнографическом музее в Тифлисе. Работал над живописными полотнами, плакатами, участвовал в создании эскизов для грузинских кредитных билетов. Выезжал в этнографические экспедиции. Летом 1922 г. совершил поездку в Ангору (ныне Анкара, Турция), результатом которой стал цикл рисунков и акварелей, показанных в том же году на выставках в Москве и Петрограде.
С 1922 г. - профессор Тбилисской академии художеств, в 1926 г. был назначен деканом ее живописного факультета. Продолжал участвовать в выставках (Ассоциации художников революционной России, 1923; русского искусства в Нью-Йорке, 1924-1925). Его персональные выставки прошли в Ереване (1926), Баку и Тифлисе (обе - 1927).
В 1929 г. Евгений Лансере был включен в состав Общества живописцев (Ленинград), которое отчасти продолжало традиции распавшегося "Мира искусства".
С 1934 г. жил в Москве. Возглавлял кафедру графических дисциплин в Московском архитектурном институте. В 1936 г. в столице была организована его персональная выставка.
В 1939 г. Евгений Лансере оформил титульный лист для юбилейного сборника "История Академии художеств". В 1942 г. создал пять картин гуашью для серии "Трофеи русского оружия". Последняя крупная прижизненная выставка художника прошла в Третьяковской галерее в 1943 г.
В качестве декоратора оформлял спектакли "Горе от ума" (Малый театр, 1938) и "Барышня-крестьянка" (Большой театр, 1946).
Евгений Лансере скончался 13 сентября 1946 г. в Москве на 72-м году жизни. Похоронен на столичном Новодевичьем кладбище.
Заслуженный деятель искусств Грузинской ССР (1933). Народный художник РСФСР (1945).
Евгений Лансере был награжден двумя орденами Трудового Красного Знамени (1943, 1945).
Лауреат Сталинской премии II степени (1943).
Был женат на Ольге Константиновне Арцыбушевой (1881-1966). Дети - Евгений (1907-1988, живописец, архитектор) и Наталья (в замужестве Волошинова, 1909-1994, архитектор).
Произведения Евгения Лансере хранятся во многих музейных и частных собраниях, в том числе в Государственной Третьяковской галерее, Государственном Русском музее, ГМИИ им. А. С. Пушкина.
Его жизни и творчеству посвящены книги "Книжная графика Евгения Евгеньевича Лансере" (1948, автор Виктор Лобанов), "Евгений Евгеньевич Лансере" (1975, Александр Боровский), "Евгений Лансере. Кавказ. Искусство и путешествия" (2019, Павел Павлинов) и др.