Родился в еврейской семье. Отец принадлежал к купеческому сословию, но занимался, в основном, воспитанием детей, служил распорядителем магазинчика, принадлежавшего киевской фирме, а управлялась там его жена. Он владел немецким и даже переводил Достоевского. Мать происходила из семьи, в истории которой было много цадиков — знатоков и толкователей Талмуда. Детство и ранняя юность Тарле прошли в Херсоне, где царил межнациональный мир. В Одессе, в доме старшей сестры он познакомился с известным историком-византинистом профессором (впоследствии академиком) Ф. И. Успенским. По его совету и рекомендации Тарле был принят в Императорский Новороссийский университет. Успенский свел Тарле с его будущим учителем — профессором университета св. Владимира (Киев) Иваном Васильевичем Лучицким. На второй учебный год Тарле перевёлся в Киев. В Киеве, в 1894 г. Тарле крестился по православному обряду в Софийском соборе
Причина принятия православия была романтична: ещё со времён гимназии Тарле любил очень религиозную русскую девушку из дворянской семьи — Лелю Михайлову, и чтобы они могли соединиться, он принял православие. Вместе они прожили 60 лет. Своё этническое происхождение Тарле никогда не скрывал. Стала знаменитой его фраза «…я не француз, а еврей, и моя фамилия произносится Та?рле», произнесённая им на первой лекции по новой истории Европы и Северной Америки первому курсу историко-международного факультета МГИМО МИД СССР осенью 1951 г. («В СССР вовсю набирала обороты антисемитская кампания, не за горами было дело „врачей-убийц“, официально, по „пятому пункту“ в анкете, в МГИМО тогда не было ни одного еврея…»)
Как многие студенты Киевского университета того времени (например, как Бердяев), он пошел в студенческие кружки социал-демократов. Там Тарле делал доклады, участвовал в дискуссиях, «ходил в народ» — к рабочим киевских заводов. 1 мая 1900 г. Тарле был арестован вместе с другими членами кружка на студенческой квартире во время доклада Луначарского о Генрихе Ибсене) и выслан под гласный надзор полиции по месту жительства своих родителей в Херсон. Как «политически неблагонадежному», ему запрещалось преподавать в императорских университетах, и в казенных гимназиях. Через год его допустили к защите магистерской диссертации. Его магистерская диссертация об английском утописте Томасе Море (1901 г.) была написана в духе «легального марксизма».
В 1903 г. после прошений, поддержанных видными профессорами, полиция разрешила Тарле преподавание на почасовой основе приват-доцентом в Петербургском университете. В феврале 1905 г. он вновь был арестован за участие в студенческой сходке и снова отстранен от преподавания в университете.
18 октября 1905 года Тарле был ранен конными жандармами на митинге у Технологического института в Петербурге. Митинг был посвящён поддержке царя Николая II и его манифеста о «гражданских свободах» от 17 октября 1905 г. Манифест амнистировал всех неблагонадежных, и Тарле вернулся в Петербургский университет.
«Круг его общения составляли А. Достоевская и С. Платонов, Н. Кареев и А. Дживелегов, А. Амфитеатров и Ф. Сологуб, П. и В. Щеголевы, В. Короленко и А. Кони, Н. Рерих и И. Грабарь, К. Чуковский и Л. Пантелеев, и многие другие.»
Окончил историко-филологический факультет Киевского университета (1896). Дипломное исследование: «Крестьяне в Венгрии до реформы Иосифа II» В феврале 1900 г. ученый совет Киевского университета присвоил Тарле ученое звание приват-доцента. Его магистерская диссертация (1901 г.) была издана отдельной книгой, а в 1902 г. на основе диссертации Тарле публикует в либерально-народническом журнале В. Г. Короленко «Русское богатство» статью «К вопросу о границах исторического предвидения».
В 1903—1917 (с небольшим перерывом в 1905 г.) приват-доцент Петербургского университета. В 1911 г. защитил докторскую диссертацию на основе двухтомного исследования «Рабочий класс во Франции в эпоху Революции». В 1913—1918 одновременно профессор университета в Юрьеве (Тарту). С 1918 г. Тарле — один из трёх руководителей Петроградского отделения Центрархива РСФСР. В октябре 1918 г. избран ординарным профессором Петроградского университета (а потом Ленинградского), затем становится профессором Московского университета и живёт в Москве (до ареста).
В 1921 году избран членом-корреспондентом Российской академии наук, а в 1927 году — действительным членом Академии наук СССР.
Удостоен Сталинской премии (первой степени) 1942 года за коллективный труд «История дипломатии», т. I, опубликованный в 1941 г. Почетный доктор университетов в Брно, Праге, Осло, Алжире, Сорбонне, член-корреспондент Британской академии (1944), действительный член Норвежской академии наук и Филадельфийской академии политических и социальных наук.
Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
После Февральской революции 1917 г. Тарле сразу идет служить «молодой демократии». Его (как и поэта А. Блока) включают в число членов Чрезвычайной следственной комиссии Временного правительства по преступлениям царского режима. В июне 1917 г. Тарле — член Российской официальной делегации на международной конференции пацифистов и социалистов в Стокгольме.
К Октябрьской революции Тарле относится настороженно. В дни «красного террора» Тарле в 1918 г. в либеральном издательстве «Былое» публикует книгу: «Революционный трибунал в эпоху Великой французской революции (воспоминания современников и документы)».
Осенью 1929—зимой 1931 года ОГПУ по «Академическому делу» академика С. Ф. Платонова была арестована группа известных учёных-историков. Привлекались Ю. В. Готье, В. И. Пичета, С. Б. Веселовский, Е. В. Тарле, Б. А. Романов, Н. В. Измайлов, С. В. Бахрушин, А. И. Андреев, А. И. Бриллиантов и другие, всего 115 человек. ОГПУ обвиняло их в заговоре с целью свержения Советской власти. Е. В. Тарле в новом Кабинете предназначался, якобы, пост министра иностранных дел. Академия наук СССР исключила арестованных.
Е. В. Тарле был также обвинен в принадлежности к «Промпартии». Решением коллегии ОГПУ от 8 августа 1931 года Е. В. Тарле был сослан в Алма-Ату. Там он начал писать своего «Наполеона». 17 марта 1937 года Президиум ЦИК СССР снял судимость с Е. В. Тарле, вскоре он был восстановлен в звании академика. Однако 10 июня 1937 года в «Правде» и «Известиях» были опубликованы разгромные рецензии на книгу «Наполеон». В частности, она была названа «ярким образцом вражеской вылазки». Несмотря на это, Е. В. Тарле был прощён, предположительно по личной инициативе Сталина .
В 1945 году журнал ЦК ВКП (б) «Большевик» подверг критике его труд «Крымская война»; репрессий не последовало и на сей раз. Автор статьи, обозначенный как «Яковлев Н.» писал, в частности: «Многие положения и выводы академика Тарле вызывают серьёзные возражения. Некоторые важные вопросы, касающиеся сущности и последствий Крымской войны, обойдены им или решаются неправильно. <…> он даёт неправильную оценку исхода войны, считая, что царская Россия в Крымской войне, по существу, не потерпела поражения».
В начале Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. Е. В. Тарле находился в эвакуации в г. Казани, где работал профессором кафедры истории (1941—1943) историко-филологического факультета Казанского государственного университета им. В. И. Ульянова—Ленина (КГУ). Одновременно с педагогической деятельностью в КГУ Евгений Викторович работал над подготовкой монографии «Крымская война» и читал для трудящихся Татарской АССР публичные лекции на историко-патриотические темы.
Член комиссии по расследованию злодеяний немецко-фашистских захватчиков (1942).
Тарле, ещё до революции занявший ведущие позиции в российской исторической науке, позднее был одним из авторитетнейших историков СССР. В 1920-е годы Е.В. Тарле, С. Ф. Платонов и А. Е. Пресняков начали создавать свою «Историческую библиотеку: Россия и Запад в прошлом». Участвует в 1923 г. в международном историческом конгрессе в Брюсселе и в 1928 г. в конгрессе в Осло. В 1927 г. издал свой курс «Европа в эпоху империализма, 1871—1919 гг.», вызвавший большое раздражение у официальных марксистов. Он играл большую роль в сотрудничестве советских и французских историков, что весьма ценится последними. В 1926 г. при активном участии Тарле в Париже был создан первый научный комитет по связям с учеными СССР, в который вошли такие мировые светила, как П. Ланжевен, А. Матьез, А. Мазон, и другие крупные французские ученые.
Большое значение в исторической науке имеют работы Тарле «Европа в эпоху империализма», «Нашествие Наполеона на Россию», «Крымская война». Работам Тарле свойственна некоторая вольность в отношении к историческим фактам, допускаемая ради живого, захватывающего стиля изложения, представляющего Тарле в ряде работ скорее как исторического писателя, нежели историка. Строго исторические работы не лишены неизбежных для научных работ сталинского периода идеологических искажений, но тем не менее остаются блестящими памятниками исторической мысли, вполне сохранившими своё значение для науки.
В 1942 году вышла его работа «Гитлеровщина и наполеоновская эпоха», написанная в публицистическом жанре; книга восхваляла Наполеона как великого преобразователя и давала уничижительную характеристику Адольфу Гитлеру, доказывала «карикатурность серьёзных сравнений ничтожного пигмея с гигантом». Книжка заканчивалась утверждением: «И можно смело сказать, за всю свою великую историю никогда, даже не исключая и 1812 г., русский народ до такой степени не являлся спасителем Европы, как в настоящее время.»
Однажды на юбилее … Евгения Викторовича Тарле, Чуковский подначил Самуила Яковлевича, что даже ему не удастся подобрать рифму к фамилии юбиляра.
В ответ Маршак мгновенно выдал экспромт:
В один присест историк Тарле
Мог написать (как я в альбом)
Огромный том о каждом Карле
И о Людовике любом.