Nato a New York, Emilio, figlio del noto noto attore Martin Sheen, è entrato giovanissimo nel mondo dello spettacolo: dopo qualche esperienza televisiva, nel 1982 ha esordito sul grande schermo e si è subito fatto notare partecipando ad alcune pellicole di grande successo come The Breakfast Club (1985) di John Hughes, al fianco di una diva stagionale come Maily Ringwald. Dopo questa commedia sui tormenti adolescenziali, Estevez ha cercato di affermarsi come autore scrivendo, dirigendo e interpretando (questa volta con un'attrice dal futuro più promettente come Demi Moore) la storia di una coppia di rapinatori di banche che invece di portare via i soldi distruggono i documenti delle ipoteche. Il film intitolato Wisdom (1986) dal nome del protagonista, John Wisdom, sarà seguito da altre quattro pellicole dirette da Estevez, fino a Bobby (2003). Con la fine degli anni Ottanta le fortune di Emilio come attore cominciano a declinare e nel decennio seguente non riesce a replicare i successi degli esordi. Si ricorda soprattutto per la sua relazione con Demi Moore.
Torna a dirigere un film sette anni dopo con Il cammino per Santiago, dramma incentrato sulla storia di Tom Avery, oftalmologo californiano che - alla notizia della morte del figlio durante una tempesta sui Pirenei - si reca in Francia per farlo cremare, poi ripone l'urna con le ceneri nello zaino del ragazzo e si mette in viaggio lungo il Cammino di Santiago, portando a termine il pellegrinaggio intrapreso dal figlio.