Евгений Петрович Питовранов родился в семье священника и учительницы, по национальности русский. Окончил Саратовское фабрично-заводское училище, Московский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта, Высшую партийную школу при ЦК КПСС (заочно).
Во время учёбы в институте, в 1937 году вступил в ВКП(б).
В ноябре 1938 года Е. П. Питовранов направлен на работу в органах госбезопасности на должность заместителя начальника отдела Горьковского областного Управления НКВД.
С июля 1941 года — заместитель начальника УНКВД Горьковской области.
С февраля 1942 года — начальник УНКВД Горьковской области.
С января 1943 года — начальник УНКВД Кировской области.
С мая 1943 года — начальник НКГБ Кировской области.
В 1943 году присвоено звание генерал-майора.
С марта 1944 года — начальник УНКВД Куйбышевской области.
С апреля 1945 года — народный комиссар (впоследствии министр) государственной безопасности Узбекской ССР.
С июня 1946 года — заместитель начальника Второго главного управления МГБ СССР (управление контрразведки).
С июня 1946 года — начальник Второго главного управления МГБ СССР (управление контрразведки).
С декабря 1950 года — заместитель министра государственной безопасности СССР.
3 декабря 1950 года Политбюро в связи с проводимой реформой органов внутренних дел и государственной безопасности приняло постановление, в котором, в частности, говорилось:
29 октября 1951 года был арестован по ложному обвинению. Был подвергнут пыткам по полной программе НКВД-МГБ, но ложных показаний не дал.
2 ноября 1952 года Питовранова из места задержания освободили со снятием обвинений, и он был назначен на должность начальника 4 Управления МГБ СССР.
В соответствии с Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 августа 1952 года звание генерал-майора Питовранова — генерал госбезопасности 3-го ранга.
С 5 января по 5 мая 1953 года генерал Питовранов возглавляет внешнюю разведку в должности заместителя начальника Главного разведывательного управления МГБ СССР — начальника Первого управления ГРУ.
В мае 1953 года его командируют в Берлин в качестве Уполномоченного КГБ при Министерстве государственной безопасности ГДР — заместителя верховного комиссара СССР в ГДР, начальника Инспекции по вопросам безопасности при Верховном комиссаре СССР в Германии — старшего советника КГБ при Министерстве госбезопасности ГДР. На протяжении 1953–1957 гг. под руководством Питовранова Аппарат Уполномоченного провёл ряд крупных и высокоэффективных мероприятий по срыву антисоветских планов НАТО.
В 1956 году присвоено звание генерал-лейтенанта.
В 1959 году оказал значительное содействие великой балерине М. М. Плисецкой, благодаря которому ее выпустили на гастроли в США (см.: М. Плисецкая. Я, Майя Плисецкая. М., 1994, с. 237-239).
По возвращении в СССР в 1957–1961 вновь возглавляет Четвёртое управление КГБ СССР.
В 1961–1962 командирован в Китайскую народную республику, где в должности старшего советника КГБ по вопросам безопасности при Министерстве общественной безопасности КНР помогает становлению органов разведки этого государства. В дальнейшем, во время отзыва из КНР советских советников Комитет оставался единственным советским ведомством, сохранявшим связи с Китаем.
По окончании командировки в Китай, с 1962 по 1966 год — начальник Высшей школы КГБ СССР им. Ф. Э. Дзержинского.
В феврале 1966 года выходит в действующий резерв КГБ СССР.
В 1966 году Е. П. Питовранов избран заместителем председателя Президиума Торгово-промышленной палаты СССР. С 1983 по 1988 год возглавлял ТПП СССР; на протяжении ряда лет был также вице-президентом Итало-советской (позже итало-российской) торговой палаты.
Супруга — Петрова Елизавета Васильевна (5 января 1915 года — 1 апреля 1998 года).
Евгений Петрович Питовранов скончался 30 ноября 1999 года в Москве. Похоронен на Троекуровском кладбище.
Арест генерала Питовранова 29 октября 1951 года был связан с обвинением в участии в т.н. «сионистском заговоре» (дело В. С. Абакумова).
Вместо жалоб и оправданий Питовранов стал писать план реорганизации разведывательно-контрразведывательной работы, адресованный лично Сталину. Еще до смерти Сталина обвинения с Питовранова были сняты, и по освобождении на рубеже 1952–53 гг. (приказ 30 декабря, заступил 5 января) он возглавил ГРУ, реорганизованное в том числе по его замыслам.
В 1996 году в одной из телепрограмм была озвучена основаная на домыслах информация, что генерал-майор Е. П. Питовранов, поскольку он возглавлял в 1946—1951 годах контрразведку (Второе Главное управление МГБ), а затем был заместителем министра госбезопасности якобы имел отношение к гибели советского еврейского деятеля Соломона Михоэлса в 1948 году. 81-летний Питовранов подал иск в суд и выиграл дело: бывший его заместитель Ф. Г. Шубняков, владевший информацией об обстоятельствах происшествия, твёрдо доказал, что Питовранов не только не участвовал, но и не мог ничего знать об этом деле.