Il est le fils de l'acteur
Martin Sheen et le frère de l'acteur
Charlie Sheen. Bien que son père et son frère aient opté pour le nom de famille "Sheen", Emilio a voulu conserver son nom de famille, espérant se démarquer de la notoriété de son père. Son oncle
Joe Estevez est également acteur.
Il est membre du Brat Pack.
Emilio Estevez a été membre de l'Église de Scientologie qu'il a quittée depuis.
Il a eu une liaison avec
Demi Moore en 1987. Il a été marié à Paula Abdul de 1992 à 1994.
Il apparaît d'abord dans quelques téléfilms, le premier étant Seventeen Going on Nowhere en 1980, et dans des séries télévisées comme Insight ou Making the Grade.
En 1982, il fait ses grands débuts sur grand écran dans Tex de Tim Hunter, aux côtés de
Matt Dillon et
Jim Metzler. Il retrouvera Matt Dillon dans
Outsiders de
Francis Ford Coppola. Dans ce film, on retrouve de nombreux « futurs grands » acteurs et actrices comme
Ralph Macchio,
Rob Lowe,
Patrick Swayze,
Tom Cruise,
Diane Lane, ...
En 1984, Emilio Estevez rencontre son premier grand succès avec le rôle d'Otto Maddox dans Repo Man d'
Alex Cox.
À l'origine sélectionné pour jouer le « criminel » John Bender dans le film de
John Hughes The Breakfast Club (1985), Estevez tient finalement le premier rôle du « sportif » Andy Clark car Hughes n'avait trouvé personne d'autre. Il enchaîne ensuite avec un autre film pour adolescent, St. Elmo's Fire de
Joel Schumacher, où il rencontre
Demi Moore, avec qui il entretient une relation en 1987.
La même année, il fait ses débuts de scénariste en adaptant un roman de S.E. Hinton pour
That Was Then... This Is Now de Christopher Cain. Il joue également dans le film aux côtés de
Morgan Freeman.
En 1986, il est au générique du thriller Maximum Overdrive de
Stephen King, mais le film est un échec. Le jeune acteur décide ensuite de se lancer dans la réalisation avec Wisdom en 1986, mais le film passe assez inaperçu au box-office.
Estevez rebondit rapidement avec des succès tels qu'Étroite surveillance (1987) et Young Guns (1988), qui connaitront plus tard chacun une suite : Indiscrétion assurée et
Young Guns 2.
En 1990, il réalise son second film Men At Work où il partage la vedette avec son frère
Charlie Sheen.
En 1992, il trouve l'un de ses rôles les plus célèbres : celui de l'entraineur Gordon Bombay dans
Les Petits Champions. Le film de Walt Disney Pictures devient énormément populaire. Il engendrera des suites, une série télévisée, de nombreux produits dérivés et même la création de l'équipe NHL des Mighty Ducks, que l'on pouvait voir dans le film. Cette équipe appartiendra à la Walt Disney Company jusqu'en 2005 avant de devenir les Ducks d'Anaheim.
En 1993, il est à l'affiche d'
Alarme fatale, une parodie de L'Arme Fatale avec
Samuel L. Jackson,
William Shatner,
F. Murray Abraham,
Bruce Willis,
Whoopi Goldberg,
Charlie Sheen et
Denise Richards.
Emilio Estevez reprend son rôle de Gordon Bombay dans Les Petits Champions 2 puis consent à faire une brève apparition dans Les Petits Champions 3 (1996) en demandant en contrepartie à Disney de financer et distribuer son film The War at Home. Mais le film reçoit une distribution minimale et passe inaperçu. Estevez est alors dévasté et envisage de quitter le métier, mais il continue finalement à travailler et réalise pour la télévision son quatrième film, Classé X (2000), avec
Charlie Sheen. Classé X est sélectionné au Festival du film de Sundance.
Grand ami de
Jon Bon Jovi, il fait une apparition dans le clip musical de "Say It Isn't So" (2000) du groupe Bon Jovi, aux côtés de
Matt LeBlanc,
Claudia Schiffer et
Arnold Schwarzenegger.
En 2003, il participe à un épisode de la série À la Maison Blanche, où son père
Martin Sheen incarne le Président des États-Unis.
En 2006, il écrit et réalise Bobby, film choral qui revient sur l'assassinat du Sénateur Robert F. Kennedy (la nuit du 4 au 5 juin 1968), et qui rassemble un casting impressionnant : Freddy Rodriguez,
Harry Belafonte,
Laurence Fishburne,
Heather Graham,
Anthony Hopkins,
Helen Hunt,
Joshua Jackson,
Ashton Kutcher,
Shia LaBeouf,
Lindsay Lohan,
William H. Macy,
Christian Slater,
Demi Moore,
Martin Sheen,
Elijah Wood,
Sharon Stone et
Mary Elizabeth Winstead. Présenté en avant-première à la Mostra de Venise, le film reçoit une standing ovation de sept minutes.
En 2008, il participe à un épisode de la sitcom à succès de son frère
Charlie Sheen : Mon oncle Charlie.