Родился (22 апреля) 5 мая 1915 года в Москве, в семье адвоката, члена коллегии защитников, доцента московского юридического института Арона Моисеевича Долматовского (1880-1939). В годы учёбы в педагогическом техникуме начал публиковаться в пионерской прессе.
В 1932-1934 годах работал на строительстве московского метро. В 1937 году закончил Литературный институт. Первая книга лирических стихов Долматовского была опубликована в 1934 году.
С 1939 по 1945 год Долматовский в качестве военного корреспондента находился в действующих частях Советской армии. В 1941 году попал в окружение и был взят в плен, из которого бежал снова на фронт (эти события отражены в повести «Зеленая брама»).
Наибольшую известность Долматовскому принесли написанные на его слова песни («Офицерский вальс», «Песня о Днепре», «Добровольцы» Марка Фрадкина, «Сормовская лирическая» Бориса Мокроусова, «Моя любимая» Матвея Блантера, «Любимый город» Никиты Богословского), многие из которых звучали в популярных кинофильмах («Истребители», «Встреча на Эльбе»).
За свою деятельность Евгений Долматовский был удостоен пяти орденов и ряда других правительственных наград. Лауреат Сталинской премии 3 степени (1950, за цикл стихотворений «Слово о завтрашнем дне»).
Долматовский занимался также литературной критикой (книги Из жизни поэзии, 1965; Молодым поэтам, 1981), переводами, редакторской и составительской работой.
Умер в Москве 10 сентября 1994 года. Похоронен на Донском кладбище Москвы.
