A morvaországi Koprivnicében született 1922. szeptember 19-én egy nyolcgyermekes család hetedik gyermekeként, tizenhat éves korától dolgozott a zlíni Bata cipőgyárban. Két évvel később indult – nem jószántából, hanem mert a sportfelelős kijelölte – első versenyén, és minden felkészülés nélkül a százfős mezőnyben a második lett az 1500 méteres mezeifutásban. A siker nyomán megjött a kedve a versenyszerű sportoláshoz, 1944-ben már ő tartotta az országos rekordot 2000, 3000 és 5000 méteren. A háború után belépett a hadseregbe, ahol tiszti rangot kapott és ideje java részét az edzéseken tölthette.
Mindössze 26 éves volt, amikor az 1948-as londoni olimpián, kevés nemzetközi tapasztalattal a háta mögött megnyerte a 10 ezer méteres síkfutást, 5000 méteren pedig második lett. Emil Zátopek 1948 és 1954 között uralta a hosszútávú versenyeket: egymás után 38-szor diadalmaskodott 10 000 méteren, egyedül 1949-ben 11 alkalommal. A különböző távokon 18 világrekordot állított fel, ő futott elsőként 29 percen belül 10 000-en és egy órán belül 20 000-en.
A csúcsra az 1952-es helsinki olimpián jutott fel, ahol addig és azóta is egyedülálló módon megnyerte nemcsak az 5000 és 10 000 méteres síkfutást, de a maratont is, teljesítményének értékét növeli, hogy a leghosszabb futószámban életében először indult, s mindhárom aranyérmét új olimpiai rekorddal szerezte meg. Az 5000 méteren az utolsó körben három ellenfelét is megelőzte, a maraton alatt pedig azt a pofonegyszerű taktikát követte, hogy rátapadt a világcsúcstartó brit futóra, aki iszonyú tempót diktálva sem tudta őt leszakítani, majd a táv felénél egyszerűen ellépett mellette és több mint kétperces előnnyel futott be a célba. Felesége, a gerelyhajító Dana Ingová ugyancsak a finn fővárosban lett a női gerelyhajítás olimpiai bajnoka, méghozzá ugyanazon a napon, amikor férje megnyerte az 5000 méteres döntőt.
Zátopek, akit 1949-ben, 1951-ben és 1952-ben a világ legjobb sportolójának választottak meg, az Európa-bajnokságon 1950-ben két, 1954-ben egy aranyérmet nyert (világbajnokságot akkoriban még nem rendeztek). Az 1956-os melbourne-i olimpia előtt sérvműtéten esett át és csak hatodik lett a maratoni futásban, a következő évben bejelentette visszavonulását.
Zátopeket különleges, elegánsnak egyáltalán nem nevezhető futóstílusáról lehetett felismerni: úgy tűnt, hogy fejét és törzsét forgatva szinte kínlódva rója a köröket, a „prágai lokomotív” elnevezést azért kapta, mert futás közben gyakran zihált és fújtatott. Amikor elkínzott arckifejezéséről kérdezték (amiatt ragadt rá a „Rettenetes Emil” jelző), ezt a választ adta: „Tudják, ez nem műkorcsolya vagy torna”. Rendkívül szigorú edzésrendet követett, esőben és hóban is ott volt a pályán, és sokszor katonai bakancsban futott, mert úgy vélte, a versenycipőben könnyebbnek érzi majd a lábát. Nemcsak versenyzőként alkotott maradandót, de elméleti vonatkozásban is: kidolgozta az úgynevezett intenzív intervallumos (iramváltásos) futóedzés elméletét, amely napjainkban is a futók felkészülésének alapját képezi.
A fáma szerint a hazájában nemzeti hősnek számító, hat nyelven beszélő futófenomén járta ki 1957-ben, a hidegháború tetőpontján Antonín Zápotocky csehszlovák államfőnél, hogy az olimpiai aranyérmes csehszlovák diszkoszvető, Olga Fikotová feleségül mehessen amerikai választottjához, az ugyancsak olimpiai aranyérmes kalapácsvető Harold Connollyhoz. A kommunista párt lelkes tagja volt, egyes történészek szerint még az elhárítással is kapcsolatban állt, érdemei azonban mit sem számítottak, miután 1968-ban támogatta a reformtörekvéseket és tiltakozott a prágai tavasz eltiprása ellen.
A „normalizáció” idején kizárták a pártból, rangjától és állásától is megfosztották. Egy bányavállalatnál kapott munkát, állandóan utaznia kellett, családját ritkán láthatta, s elterjedt a pletyka, hogy uránbányába küldték. Csak hét év után térhetett vissza Prágába, ahol a testnevelési hivatalban kapott adminisztratív állást. A kommunista rendszer bukása után, 1990-ben rehabilitálták, majd 1998-ban megkapta a legmagasabb cseh kitüntetést, a Fehér Oroszlán Érdemrendet.
A legendás futó hosszas betegeskedés után 78 éves korában, 2000. november 22-én hunyt el Prágában.
Halála után a Nemzetközi Atlétika Szövetség (IAAF) Arany Érdeméremmel tüntette ki, Csehországban az Évszázad sportolójává választották, s posztumusz Pierre de Coubertin érmet kapott. Születésének nyolcvanadik évfordulóján a cseh posta bélyeggel emlékezett meg a futólegendáról, a Skoda vonatgyár mozdonyt nevezett el róla.
A NOB lausanne-i központjában lévő Olimpiai Múzeum kertjében és Prágában is szobrot állítottak tiszteletére, Liverpoolban operát mutattak be róla, nevét viseli szülővárosának stadionja.
