Evans nació en Sudbury, Massachusetts, hijo de Lisa (de soltera Capuano), una bailarina, y Bob Evans, un dentista.

Es el sobrino del congresista de los Estados Unidos Mike Capuano, que es el hermano de su madre. Tiene dos hermanas, Carly y Shanna, y un hermano menor, Scott, que apareció en la telenovela de ABC, One Life to Live.

Evans es descendiente italiano (de su abuelo materno) e irlandés, y fue criado como católico. Se graduó de la secundaria Lincoln-Sudbury Regional en 1999 y había planeado asistir a la Universidad de Nueva York después de graduarse de la secundaria.

Después de completar su tercer año en la secundaria, Evans viajó a Brooklyn donde fue pasante en una agencia de casting y presentó un programa de verano de actuación. Ese mismo verano, conoció a un agente que lo ayudó a comenzar su carrera de actuación después de completar la secundaria. Evans tuvo papeles pequeños en series de televisión como Boston Public y The Fugitive y un papel en la serie Opposite Sex antes de tener su primer papel notable como Jake Wyler en la película No es otra estúpida película americana.

Después de filmar No es otra estúpida película americana, Evans obtuvo otros papeles principales en La puntuación perfecta y Cellular.

También protagonizó varias películas independientes en Chicago del productor ejecutivo David Johnson, donde la audiencia va a ver otro lado de Evans. En Fierce People, interpretó a Bruce. En London, Evans interpretó a un adicto a las drogas con problemas de relación. Luego, fue elegido para interpretar a la Antorcha humana en la película de 2005 Los 4 Fantásticos.

Fue nombrado Superestrella Masculina del Mañana en los premios Young Hollywood en 2005. Evans volvió a interpretar el papel de Johnny Storm/Antorcha Humana en la secuela Los 4 Fantásticos y Silver Surfer en 2007.

Ese año, también interpretó a un ingeniero convertido en astronauta llamado Mace en la película de Danny Boyle Sunshine, que atrajo la atención de directores como un talento serio.En 2008, Evans apareció en Dueños de la calle, coprotagonizada con Keanu Reeves, y The Loss of a Teardrop Diamon, coprotagonizada por Bryce Dallas Howard y Ellen Burstyn. Esta última está basada en la obra creada por Tennessee Williams.

Evans también apareció en el thriller de ciencia ficción de 2009 Push junto a Dakota Fanning y Camilla Belle. Evans actuó sus propias escenas de pelea, que tomó semanas en filmar, y fue herido durante la filmación.

Evans apareció en un artículo en The Advocate por su papel en Push.En 2009, Evans fue clasificado número 474 en Forbes, basado en el rendimiento global de taquilla de sus películas anteriores.

En 2010, filmó Puncture en Houston, Texas. Dirigida por Mark y Adam Kassen. También en 2010, Evans apareció en Los perdedores, una adaptación de Vertigo y DC Comics del mismo nombre. Evans apareció en otra adaptación de cómic, Scott Pilgrim contra el mundo, donde interpretó a Lucas Lee. También ha filmando Dime con cuántos, una novela cómica protagonizada por Anna Faris.

Evans desempeña el personaje del cómic de Marvel Capitán América en la película Capitán américa: El primer vengador y Los Vengadores y se menciona para al menos dos secuelas más de ambas.En 2016, estrena en España Capitán América: Civil War, y en 2017, Un don excepcional.