Титченер изучал в Оксфордском университете философию, классические языки и физиологию, затем в 1890 году приехал в Лейпциг к Вильгельму Вундту, где он в 1892 году защитил докторскую диссертацию. После этого он переехал в США, где преподавал психологию в Корнельском университете (Cornell University, Ithaca) в 1892—1927 гг. Он основал первую американскую психологическую лабораторию и стал фактически «отцом» психологии в США, хотя в дальнейшем столкнулся с сильнейшей оппозицией со стороны зарождающегося бихевиоризма. Титченера обвиняли, зачастую безосновательно, в попытках пересадить на американскую почву чуждый ей немецкий умозрительный подход немецких философов (хотя на деле его взгляды почти целиком сформировались под влиянием британской традиции, где психология была близка к естественным наукам, в этом он был близок и Вундту).
Титченер впервые ввёл термин «структурализм» для обозначения исследовательского подхода Вундта, в противовес функционализму Уильяма Джеймса. Он сам продолжал развивать данный подход, хотя и перенял от Вюрцбургской школы интроспекционизм как метод изучения душевных процессов. Он пытался разложить психику на некоторые составные элементы, которых он насчитывал до 30000, и которые он сравнивал с химическими элементами. Вместе с тем, нельзя не оценить подробнейшие описания психических процессов и ощущений, составленные благодаря подобным изысканиям Титченера.
В честь него также названа «иллюзия Титченера»: окружность, окружённая другими окружностями, кажется тем меньше, чем больше диаметр окружающих её окружностей.