Contrairement à son père et son frère Charlie, Emilio a voulu conserver leur nom de famille, espérant se démarquer de la notoriété de son père[2]. Son oncleJoe Estevez est également acteur.
Il apparaît d'abord dans quelquestéléfilms, le premier étantSeventeen Going on Nowhere en 1980, et dans desséries télévisées commeInsight ouMaking the Grade.
En1984, le jeune acteur est propulsé tête d'affiche pourLa Mort en prime (Repo Man), écrit et réalisé parAlex Cox. Le rôle du jeune punk Otto Maddox l'impose comme un acteur à suivre.
L'année suivante va lui permettre de confirmer : à l'origine sélectionné pour jouer le « criminel » John Bender dans le nouveau film deJohn Hughes,The Breakfast Club, Emilio Estevez obtient finalement le premier rôle du « sportif » Andy Clark, car John Hughes n'avait trouvé personne d'autre. Toujours en 1985, l'acteur fait partie de la distribution chorale d'un autreteen movie,St. Elmo's Fire, deJoel Schumacher. Le tournage lui permet aussi de rencontrer la jeune actriceDemi Moore — ils entretiendront une relation en 1987.
En1986, il est au générique d'un autrethriller, plus orienté action/fantastique,Maximum Overdrive, écrit et réalisé par le romancierStephen King. Le film est cependant unéchec. La même année, la jeune vedette connait une seconde déconvenue avec sa première réalisation, le polarWisdom, dont il partage l'affiche avecDemi Moore. Le film passe inaperçu aubox-office.
En 1996, il fait uncaméo au début du filmMission impossible dontTom Cruise est la vedette. Il consent aussi cette année-là à faire une brève apparition dansLes Petits Champions 3, sorti en1996, en demandant en contrepartie à Disney de financer et distribuer son troisième long métrage comme réalisateur, le drame historiqueThe War at Home (1996). Malgré des bonnes critiques[5], le film reçoit une distribution minimale et passe inaperçu. Dévasté, il envisage de quitter le métier, mais réalise finalement pour la télévision la satireClassé X (2000), avecCharlie Sheen. Le téléfilm est sélectionné aufestival du film de Sundance.
Cependant, malgré ce retour, il revient aux séries : signant la mise en scène de deux épisodes de la série policièreNumb3rs, diffusés entre 2008 et 2009.Parallèlement, il participe à un épisode de lasitcom à succès de son frèreCharlie Sheen :Mon oncle Charlie.
En2010, il sort son sixième long métrage, leThe Way, la route ensemble, qu'il a écrit et réalisé. Il dirige aussi son père,Martin Sheen, à qui il a confié le rôle principal, celui d'un père partant chercher le corps de son fils mort lors d'une randonnée. Il joue aussi dans le film. Les critiques sont excellentes[6], mais le film échoue commercialement. Le réalisateur ne présente ainsi son septième long comme scénariste/réalisateur qu'en2018 :Un héros ordinaire marque son retour au film choral, en racontant l'occupation d'une bibliothèque par des sans-abris à la suite d'une vague de froid. Les critiques sont positives[7].
Il est par ailleurs annoncé qu'il incarnera à nouveauBilly the Kid dans la suite deYoung Guns,Young Guns 2 et dansYoung Guns 3: Alias Billy the Kid, dont il est le scénariste, et pourrait également être le réalisateur[8].
