Родился 4 сентября 1875 г. (23 августа 1875 г. по ст. ст.) в Павловске Санкт-Петербургской губернии (ныне г. Павловск, Пушкинский район 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 Лансере прошло на Украине, в имении Нескучное близ Харькова. После смерти отца семья переехала в Петербург, в дом Николая Бенуа.
Евгений Лансере учился в Первой Санкт-Петербургской гимназии. В 1892 г. поступил в рисовальную школу 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.). Оно пропагандировало отказ от академических традиций, считая приоритетным эстетическое начало в искусстве, свободное от социального или идеологического контекста.
Под влиянием членов кружка Евгений Лансере отказался от поступления в Императорскую Академию художеств.
С 1895 по 1898 г. он путешествовал по Европе. Во Франции посещал занятия в частных академиях скульптора Филиппо Коларосси и художника Родольфо Жюлиана и др. Изучал анатомию и историю искусства в Школе изящных искусств в Париже.
В 1898 г. 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 были экспонированы 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, Манчжурии 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 выставке русского искусства, организованной 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 также 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" Николая Евреинова (1907), "Чистилище Святого Патрика" Педро Кальдерона (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. 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, Лансере вместе с Мстиславом Добужинским первыми из русских художников отправились на фронт для натурных зарисовок. Евгений 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 "Хаджи-Мурат" Льва Толстого. Однако книга вышла с купюрами из-за царской цензуры, полностью издание было выпущено в 1918 г.
После Октябрьской революции 1917 г. жил в Дагестане, в 1919-1920 гг. - в Баку (Азербайджан), Ростове-на-Дону и Нахичеване-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 (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 (Анкара, Турция), результатом которой стал цикл рисунков и акварелей, показанных в том же году на выставке в Москве и Петрограде.
С 1922 г. - профессор Тбилисской академии художеств, в 1926 г. был назначен деканом ее живописного факультета.
В 1929 г. включен в состав Общества живописцев (Ленинград), которое отчасти продолжало традиции распавшегося "Мира искусства". В 1933 г. получил звание заслуженного деятеля искусств Грузинской ССР.
Продолжал участвовать в выставках (Ассоциации художников революционной России, 1923; русского искусства в Нью-Йорке, 1924-1925; и др.). Персональные выставки Лансере прошли в Ереване (1926), Баку и Тифлисе (обе - 1927).
С 1934 г. жил в Москве. Возглавлял кафедру графических дисциплин в Московском архитектурном институте и вел мастерскую монументальной живописи во Всероссийской Академии художеств. В 1936 г. в столице была организована его персональная выставка.
В 1939 г. 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" Малого театра (1938) и "Барышня-крестьянка" Большого театра (1946).
Занимался монументально-декоративным искусством. Автор плафонов ресторана Казанского вокзала, гостиницы "Москва", панно для зала Большого театра, майоликового панно для перехода со станции метро "Комсомольская", памятного зала в Академии художеств в Петербурге и др.
13 сентября 1946 г. Евгений Лансере скончался в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.
Лауреат Сталинской премии II степени (1943).
Был награжден двумя орденами Трудового Красного Знамени (1943, 1945).
Народный художник СССР (1945).
Супругой художника была Ольга Константиновна Арцыбушева (1881-1966). Дети: Евгений (1907-1988), живописец, архитектор, и Наталья (в замужестве Волошинова; 1909-1994), также 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.