Из семьи бедных ремесленников, в пятилетнем возрасте осиротел, воспитывался бабушкой и дедом. Со второй попытки поступил в 1879 в Консерваторию драматического искусства, в 1885 принят в труппу передвижного театра, но был вынужден оставить актёрскую профессию из-за болезни связок. Начал заниматься живописью, графикой и фотографией: с 1888 снимал повседневную жизнь Парижа до его масштабной перестройки, запланированной и начатой бароном Османном. Мастерскую Атже посещали известные художники (Брак, Дерен, Утрилло, Кислинг, Фужита и др.), но материальные обстоятельства жизни мастера на протяжении всей его жизни оставались крайне скудными, особенно в годы Первой мировой войны.
Он фотографировал с исключительной ясностью деталей, создавая графическую летопись истории на основе субъективного и часто поэтического видения. С той поры критики считают его Уолтом Уитменом фотоаппарата. Его непостоянный заработок зависел от заказов. Так для французского Архива он сделал серию документальных фотографий исторических зданий и средневековых статуй. На первом этаже пятиэтажного здания, где была его квартира и проявочная, он повесил объявление: «Атже — документы для художников». Брак и Утрилло были первыми, кто приобрел у него несколько фотографий по сходной цене. Атже очень гордился тем, что его фотографии являлись для художников своего рода напоминанием о виденном, избавляли их от необходимости рисовать детали.
Лишь перед самой смертью Атже его открыл для более широкой публики Ман Рэй вместе с Беренис Эббот. Они начали публиковать его работы и труды о нём. В 1927 Музей исторических памятников Парижа приобрел 8000 негативов Атже.
В 1968 Нью-Йоркский музей современного искусства приобрел собрание работ Атже из архива Беренис Эббот. Сегодня Атже — крупнейшая фигура в истории фотоискусства, один из пионеров городской фотографии. Французской писательнице Мишель Фабьян (Fabien) принадлежит биографический роман «Атже и Беренис» (1987). Всё новые снимки из гигантской коллекции мастера, этого «Бальзака фотоаппарата», по выражению Эббот, продолжают появляться перед зрителями.
В честь Эжена Атже назван кратер на Меркурии.