В детстве он учился музыке, но пошел по стопам отца и стал врачом. Будучи сыном лейб-медика — знаменитого Сергея Боткина, чьим именем названа одна из московских клиник, — работал в больнице для бедных. Читал лекции студентам Императорской военно-медицинской академии. И хотя его диссертация была посвящена составу крови, студентам он говорил прежде всего о психологии — о том, что в пациентах нужно видеть в первую очередь людей.

"Японская пуля пока удивительно мила: мышцы пробивает, кости редко разрушает, пронизывает человека насквозь — и то не причиняет смерти", — писал Боткин жене в апреле 1904 года

С началом Русско-японской войны в 1904 году Боткин ушел на фронт и стал заведовать медицинской частью Российского общества Красного Креста. "Ехал я с самыми кровожадными чувствами, — рассказывал в письмах к жене. — Первые раненые японцы мне были неприятны, и я должен был заставлять себя подходить к ним так же, как к нашим". Он писал, что так же ему был бы неприятен любой мальчик, обидевший его сына. Но позже это изменилось: война научила его видеть людей даже во врагах.

Боткин был верующим. Он писал, что потери и поражения армии — это "результат отсутствия у людей духовности, чувства долга". Говорил, что не мог бы пережить войну, сидя в Петербурге, так нужно было ему ощущать причастность к беде России. Он не боялся за себя: был уверен, что его не убьют, "если Бог того не пожелает". И, находясь на фронте, оставался верен своим принципам — помогать не только телам пациентов, но и душам. 


Когда я пощупал его пульс и погладил его руку, он потащил обе мои руки к своим губам и целовал их, воображая, что это его мать. Когда я подошел к нему с другой стороны и заговорил с ним, он стал звать меня тятей и опять поцеловал мою руку. Я не мог лишить его этой потребности в ласке родителя и тоже поцеловал…

— из книги Евгения Боткина "Свет и тени русско-японской войны"

Он вернулся домой с шестью боевыми орденами, и в свете много говорили о его храбрости. Спустя два года умер действовавший лейб-медик — доктор Гирш. И когда императрицу спросили, кого она хочет видеть на этом посту, Александра Федоровна ответила: "Боткина. Того, который был на войне". Осенью 1908-го семья Боткиных переехала в Царское Село.
Младшие дети врача — Глеб и Татьяна — быстро подружились с цесаревичем и великими княжнами. Мария и Анастасия играли с Глебом в крестики-нолики, а Татьяна Николаевна собственноручно связала голубую шапочку для тезки, когда ту остригли после брюшного тифа. Каждый день в пять часов Евгений Сергеевич слушал сердце у императрицы и всякий раз просил своих детей помочь ему вымыть руки из чашки, которую великие княжны называли "простоквашницей". Однажды, когда детей не было, Боткин попросил Анастасию позвать лакея. Та отказалась и помогла ему вымыть руки сама, сказав: "Если это ваши дети могут делать, то отчего я не могу?"
Когда Боткин отправился в ссылку вместе с Романовыми, Глеб и Татьяна последовали за ним. Но доехали только до Тобольска: в Екатеринбург их не пустили. Впоследствии им удалось эмигрировать.