Edward nasce a Boston e cresce a Columbia (Maryland), vicino a Baltimora. È il maggiore di tre fratelli, e dimostra fin da piccolo di avere un amore per il teatro. Suo padre, Edward Mower Norton Jr., fu avvocato ambientalista in Asia e procuratore federale nell'amministrazione Carter; sua madre, Lydia Rouse, insegnante d'inglese, morì prematuramente il 6 marzo 1997 per un tumore al cervello.
Dopo essersi diplomato nel 1987 alla Wilde Lake High School a Columbia, nel 1991 si laurea nell'Università Yale in Storia e Cultura Orientale. Grazie alla buona conoscenza della lingua giapponese, si trasferisce in Giappone, a Osaka, dove lavora per tre anni alla Enterprise Foundation, un'associazione di volontariato fondata dal nonno materno, James Rouse, architetto e filantropo milionario (la Rouse Company). Dopo questa esperienza decide di tornare a New York per dedicarsi alla sua carriera di attore. Conosce il drammaturgo Edward Albee, che gli offre una parte nella produzione teatrale Fragments.
Nel 1998 partecipa al film Il giocatore - Rounders (Rounders) con Matt Damon e diretto da John Dahl e si trasforma in uno skinhead statunitense per il film American History X. Quest'ultima interpretazione di Norton viene giudicata in maniera positiva dalla critica, così come il resto del film che ottiene anche un buon incasso. La prestazione in questo film gli fa guadagnare una nomination agli Oscar 1999 come miglior attore protagonista, premio che poi sarà vinto da Roberto Benigni per La vita è bella. Sempre nel 1998 presta la voce nel film documentarioOut of the past. Nel 1999 è protagonista, recitando insieme al co-protagonista Brad Pitt, nel film Fight Club, per la regia di David Fincher, che lo conferma attore di ruolo a 360°.
Norton ha dato vita al programma Solar Neighbors ("Vicini Solari"), che si occupa di portare pannelli solari nelle case delle famiglie povere di Los Angeles. Inoltre, l'attore ha presentato uno speciale di National Geographic sugli effetti del riscaldamento globale.
L'attore è membro della Enterprise Foundation, fondazione creata dal nonno materno che si occupa della costruzione di case e centri commerciali per i più poveri nel mondo. È anche il Presidente della filiale americana della Maasai Wilderness Conservation Trust, un'organizzazione volta a preservare la biodiversità dei territori di Kenya e Tanzania. Nel 2009 Edward Norton insieme con un gruppo di guerrieri Masai ha corso una maratona a New York per raccogliere fondi. L'attore ha concluso la maratona in 3 ore e 48 minuti, raccogliendo un totale di 1 milione di dollari.
Norton supporta varie associazioni, che proteggono l'ambiente, come Sea Shepherd, Save the Elephants, Greenpeace, Earthday Network, WildAid, l'African Wildlife Foundation, Global Green, la Wilderness Society, Earth Justice e gli Avoided Deforestation Partners.
Nel luglio 2010 il Segretario generale delle Nazioni UniteBan Ki-moon ha nominato Edward Norton ambasciatore dell'ONU per la salvaguardia della flora e della fauna. Norton ha successivamente lanciato il sito internet "crowdrise.com" per sensibilizzare l'opinione pubblica riguardo alle cause ecologiche.
Sin dalla prima metà degli anni novanta, periodo che sancì la sua definitiva consacrazione tra gli attori più talentuosi e richiesti di Hollywood, Norton ribadì più volte la volontà di non discutere pubblicamente della sua vita privata, in quanto sostiene che un'eccessiva copertura mediatica avrebbe potuto distrarlo dal corretto adempimento del suo lavoro di attore. Ciò nonostante, subito dopo l'uscita di Larry Flynt - Oltre lo scandalo, iniziarono a circolare voci secondo cui l'attore si fosse legato sentimentalmente alla co-protagonista Courtney Love: Norton insistette sul fatto che tra i due intercorresse sul set un semplice rapporto tra colleghi, mentre la Love dichiarò di averci coltivato una relazione di quattro anni durante un episodio serale del The Late Late Show condotto da Craig Ferguson. Raccontò come Norton abbia giocato un ruolo nell'aiutarla a riallacciare il legame che la donna riteneva ormai perduto con sua figlia Frances Cobain, definendolo «una forza del Bene».
Dal 1999 al 2003 ha intrapreso una relazione con l'attrice Salma Hayek, insieme alla quale apparve nella pellicola biograficaFrida (2002), e pare abbia voluto disertare l'anteprima di The Italian Job in modo da essere presente a quella di The Maldonado Miracle, il film d'esordio di Hayek come regista.
Nell'aprile del 2013 ha sposato la produttrice Shauna Robertson, con cui era fidanzato dal 2007 e dalla quale ha avuto un figlio, Atlas, nel marzo 2013.
Ricerche genealogiche hanno determinato che è discendente di Pocahontas e di proprietari di schiavi, nonché lontano parente degli attori Eric e Julia Roberts..
Nelle versioni in italiano delle opere in cui ha recitato, Edward Norton è stato doppiato da:
Massimiliano Manfredi in Schegge di paura, Tutti dicono I Love You, Tentazioni d'amore, The Score, Frida, La 25ª ora, The Italian Job, L'incredibile Hulk, Pride and Glory - Il prezzo dell'onore, Fratelli in erba, The Bourne Legacy, Motherless Brooklyn - I segreti di una città, Glass Onion: Knives Out, Extrapolations - Oltre il limite, A Complete Unknown, The Invite - Il piacere è tutto nostro
Massimo De Ambrosis in Il giocatore - Rounders, American History X, Fight Club, Red Dragon, Down in the Valley, Il velo dipinto, The Illusionist - L'illusionista, Modern Family, Moonrise Kingdom - Una fuga d'amore, Grand Budapest Hotel, Collateral Beauty, The French Dispatch of the Liberty, Kansas Evening Sun, Asteroid City
Loris Loddi in Le crociate - Kingdom of Heaven, Stone
↑Jeff Stark, 25th Hour, su dir.salon.com, Salon.com, 20 dicembre 2002. URL consultato il 5 luglio 2008 (archiviato dall'url originale il 16 giugno 2008).
↑Edward Norton ditched from The Avengers film, su dailytelegraph.com.au, The Daily Telegraph, 12 luglio 2010. URL consultato il 12 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 14 novembre 2012).
12Josh Zembik, Fast Facts on Sunday's Record-Breaking Field, New York Road Runners, 2 novembre 2009. URL consultato il 1º dicembre 2009 (archiviato dall'url originale il 16 aprile 2010).
↑Maasai Marathon— Sponsor, su maasaimarathon.com, Maasai Marathon. URL consultato il 1º dicembre 2009 (archiviato dall'url originale il 4 settembre 2012).