Родился 27 декабря 1939 г. в Баку (Азербайджанская ССР, ныне - Азербайджанская Республика) в семье Гедеона Абрамовича Виторгана (1909-2000) и Хаи Залмановны Блехман (1910-1998). Его отец был инженером, мать вела домашнее хозяйство.

В 1961 г. Эммануил Виторган окончил Ленинградский театральный институт им. А. Н. Островского. Выпускник курса заслуженного артиста РСФСР Бориса Зона.

В 1961-1963 гг. был актером Псковского театра драмы им. А. С. Пушкина.
В 1963-1967 гг. Эммануил Виторган служил в Ленинградском областном театре драмы и комедии (ныне - Драматический театр "На Литейном"), в 1967-1971 гг. - в Ленинградском государственном театре им. Ленинского комсомола (ныне - Театр-фестиваль "Балтийский дом").
В 1971-1982 гг. - актер Московского драматического театра им. К. С. Станиславского (ныне - Электротеатр "Станиславский"). Исполнял роли в постановках: "Продавец дождя" по пьесе Ричарда Нэша, "Взрослая дочь молодого человека" по произведению Виктора Славкина, "Сирано де Бержерак" по драме Эдмона Ростана.
В 1982-1984 гг. был актером Московского театра на Таганке.
В 1984-2005 гг. Эммануил Виторган служил в Московском академическом театре им. Вл. Маяковского. Исполнял роли в спектаклях: "Кошка на раскаленной крыше" по произведению Теннесси Уильямса, "Блондинка" по пьесе Александра Володина, "Жизнь Клима Самгина" по роману Макcима Горького, "Закат" по пьесе Исаака Бабеля, "Горбун" по произведению Славомира Мрожека, "Кукольный дом" по драме Генрика Ибсена.
Эммануил Виторган известен в качестве киноактера. Он снимался в фильмах: "Кортик" по роману Анатолия Рыбакова (1973, режиссер Николай Калинин), "И это все о нем" по произведению Виля Липатова (1977, Игорь Шатров), "Благочестивая Марта" по мотивам пьесы Тирсо де Молины (1980, Ян Фрид), "Ларец Марии Медичи" по роману Еремея Парнова (1980, Рудольф Фрунтов), "Чародеи" по мотивам фантастической повести Аркадия и Бориса Стругацких "Понедельник начинается в субботу" (1982, Константин Бромберг), "День радио" (2008, Дмитрий Дьяченко). Последняя роль к настоящему времени - Владимир Привалов в восьмисерийной мелодраме "Зоя" (2019, Павел Тупик, Украина). В общей сложности Эммануил Виторган снялся в более чем 100 фильмах и сериалах (не считая фильмов-спектаклей).

Член Союза кинематографистов РФ, Национальной академии кинематографических искусств и наук России.
Входит в общественный совет Российского еврейского конгресса и попечительский совет журнала "Онкопедиатрия".

Народный артист РФ (1998).

Обладатель почетной награды "Признание" кинофестиваля "Виват, кино России!" (Санкт-Петербург, 2005). Лауреат российской национальной актерской премии им. Андрея Миронова "Фигаро" (2014).

В 2009 г. в соавторстве с Ириной Диденчук и Михаилом Ширвиндтом выпустил книгу "Валентин Ревелиоти" о молодом художнике-маринисте.

Женат третьим браком. Супруга - Ирина Виторган (род. 1962). Дочери - Этель (род. 2018) и Клара (род. 2019). Первой женой Эммануила Виторгана была актриса Тамара Румянцева (род. 1936). От брака с ней - дочь Ксения (род. 1966). Вторая супруга - народная артистка РФ Алла Балтер (1939-2000). От этого брака - сын Максим (род. 1972, актер).