Родился в Хабаровске, но после смерти отца семья переехала в Никополь (Днепропетровская область), где и прошло детство и юность Евгения. Любови Сергеевне, матери Евгения, приходилось нелегко. Работала целый день (она была педагогом), времени на своих детей (Евгения и младшего сына Володю) не хватало. Женя учился в музыкальной школе по классу скрипки. После окончания школы поступил на филологический факультет Харьковского университета, через год был призван в армию.
С 1986 по 1990 год учился в Ленинградском государственном институте театра, музыки и кинематографии им. Н. К. Черкасова (специальность «актёр драмы и кино», курс А. Н. Куницына). Одновременно занимался рок-музыкой, участвовал в записи альбома группы АукцЫон «Как я стал предателем»1988. С 1990 по 1991 год играл в Театре Буфф.
С 1992 по 1997 год служил в Санкт-Петербургском государственном молодёжном театре на Фонтанке, с 2000 года играет в самом популярном спектакле Молодёжного театра на Фонтанке «Дни Турбиных» роль Шервинского. С 1998 года служит в Санкт-Петербургском государственном театре сатиры на Васильевском острове. Снимается в кинофильмах и телесериалах.
На телеканале «Культура» вёл цикл передач «Век кавалергардов», состоявший из 10 фильмов. На канале «Звезда» вёл передачу «Следственный лабиринт» (24 серии). Часто выступает в передаче «Романтика романса» на канале «Культура».
Участвовал в телевизионных шоу Первого канала: «Король ринга» (бился в финале с Э. Запашным), «Две звезды-2» (вместе с Дианой Арбениной в финале получил из рук Аллы Пугачёвой Золотую звезду).
Обладая красивым и сильным баритоном, Евгений Дятлов выступает с сольными концертами в Москве, Петербурге, Владивостоке, Красноярске, Иркутске, Омске, Туле и других городах. Записи его сольных выступлений из Концертного зала П. И. Чайковского, Московского международного Дома музыки, Большого концертного зала «Октябрьский» (СПб) неоднократно транслировались по телевидению.
Воспитывает сыновей от двух предыдущих браков, Егора (от брака с актрисой Дарьей Лесниковой-Юргенс) и Фёдора. Сейчас женат на актрисе Юлии Джербиновой, имеет дочь Василису 2007 года рождения.