Емил Димитров е роден на 23 декември 1940 г. в град Плевен, в семейство на артисти-илюзионисти. Баща му е Димитър Димитров, известен като Факира Мити. Mайка му е французойката Анастасия Димитрова (по мъж), асистентка на Мити, с артистично име Мадам Сиси, рано развела се с баща му и завърнала се във Франция, тя често бива посещавана в родината си от Емил. Като ученик се увлича по рисуването и по класическата музика, започва да композира с акордеона си, участва в училищни пиеси. Заради свиренето на акордеон, в по-късните си години записва песента си „Акордеон“, в която пее: „Акордеон, а ти ми беше младостта...“
Приет е да следва актьорско майсторство във ВИТИЗ „Кръстьо Сарафов“ през 1960 г. В същата година дебютира като певец в концерт с водещ Коста Цонев и изпълнява своята авторска песен „Арлекино“, акомпанирайки си на акордеон. Това поставя началото на една дълга и успешна кариера като поп изпълнител, музикант и композитор. Изнася концерти в почти всички европейски страни. Най-големи успехи има в СССР и Франция. В началото на 60-те концертира в България и чужбина с Мария Косева. Създава оркестър „Синьо-белите“, чийто диригент и ръководител е Митко Щерев.
През 1970 г. излиза един от най-големите му хитове – „Моя страна“, който по-късно става песен на столетието. Общо за целия си живот издава близо 30 албума, като 55 милиона копия са продадени в Русия. Емил Димитров става известен във Франция, запознава се с Шарл Азнавур и Далида. Песента „Моя страна“ под названието „Моника“ е записана на френски, немски, италиански, испански. Водещи европейски звукозаписни компании сключват договори за записване и издаване на негови песни през 70-е години. Пее заедно, на една сцена, с Джани Моранди, Рики е Повери, Йосиф Кобзон и Алла Пугачова. Във Франция го очаква блестяща кариера, но тъгува по родината и се завръща обратно в България.
В Париж през 1972 г. заедно с Богдана Карадочева, оркестър „Балкантон“ и сестри Кушлеви изнася близо 30 концерта под името „Шоу булгар“ в театър „Ейропен“. Във Франция записва песни в студията Пате Маркони, Барклей, Ривиера и Орфеюс.
Емил Димитров става първият български член на Съюза на френските композитори. Вратите на Съюза на българските композитори обаче остават затворени пред него, заради липсата на музикално образование.
Женен е за кратко за Грета Ганчева (ж.1966 г.). От брака си с Мариета Гьошева (ж.1968 г., разв.1991 г.) има син – Емил Димитров-син, който издава албуми с хитовете на баща си през последните години.
От 1999 г. Емил Димитров не се занимава активно с музика поради влошеното си здраве след прекаран мозъчен инсулт.
През 2000 г. Мариета Гьошева и Емил Димитров отново се женят. През декември същата година обаче Мариета умира след усложнения от диабет.
На 2 май 2002 г. се състои голям концерт, организиран от Йорданка Христова, с песните на певеца, изпълнени от любими български изпълнители. Песните, изпълнени на концерта, излизат в албума на Емил Димитров „Само един живот не е достатъчен...“.
Умира на 30 март 2005 г. в София.