Fils de Bob et Lisa Evans, un dentiste et une ancienne danseuse, Chris Evans est le deuxième d'une famille de quatre enfants. Il a une sœur aînée, Carly, un frère cadet, Scott, et une petite sœur nommée Shanna, adoptée alors qu'elle était bébé.
Après une enfance et une scolarité passées à Boston, il décide de partir pour New York afin de tenter sa chance dans la comédie. Il parvient très vite à percer dans le métier, en s'illustrant notamment dans des séries télévisées (Boston Public, Opposite Sex) ainsi que dans un téléfilm : Eastwick, adapté du roman et du film Les Sorcières d'Eastwick. Depuis 2011 il est en couple avec Minka Kelly
C'est en 2001 que Chris Evans se révèle au grand public, avec le rôle principal de la comédie adolescente Sex Academy. L'acteur profite alors de sa notoriété naissante pour persévérer dans le septième art et diversifier les genres : il accompagne Scarlett Johansson dans la comédie romantique The Perfect score (2004), donne la réplique à Kim Basinger dans le thriller Cellular et connaît la consécration en incarnant la Torche humaine dans la super-production Les Quatre Fantastiques (2005).
Il joue encore avec le feu en 2007 en partant explorer le soleil dans Sunshine, le nouveau film de science fiction de Danny Boyle et continue dans les adaptations de BD en prêtant sa voix au personnage de Casey Jones dans la quatrième aventure des Tortues ninja. Enfin, il reprend son rôle de superhéros enflammé dans Les Quatre Fantastiques et le Surfer d'argent.
La même année, il retrouve Scarlett Johansson dans la comédie Le Journal d'une baby-sitter ou il campe un étudiant qui fait tourner la tête de la jeune femme.
L'année suivante, il rejoint Keanu Reeves et Forest Whitaker au casting du film Au bout de la nuit dans lequel il interprète un flic; ce film policier plutôt sombre est un nouveau genre cinématographique pour lui.
2009 marque la collaboration de Chris Evans à pas moins de quatre projets : Push, dans lequel il tient le 1er rôle aux côtés de la jeune Dakota Fanning et renoue avec le genre fantastique; The Loss of a Teardrop Diamond ou il partage la vedette avec la belle Bryce Dallas Howard; Scott Pilgrim vs. The World, une adaptation de Bande Dessinée dans laquelle il interprète un pur méchant; et The Losers ou il partage l'affiche avec les acteurs Jeffrey Dean Morgan, Idris Elba et Zoë Saldaña et joue un ex-agent de la CIA en cavale, spécialiste en informatique et un brin loufoque.
Chris partage ensuite l'affiche du film Satisfaction avec Sharon Stone, où il interprète un escort boy tourmenté, le tournage a eu lieu début 2010 entre Londres et Rome. La sortie du film en France n'est pas annoncée.
Depuis, Chris a enchainé les projets puisqu'il a tourné à Houston Puncture dans lequel il interprète un avocat, puis a obtenu le 1er rôle masculin dans la comédie (S)ex list (en V-O: "What's your number") aux côtés de Anna Faris dont il est le voisin et confident et qui s'est tourné à Boston, sa ville natale.
Chris Evans s'est vu confier le rôle de Captain America dans le long métrage de Marvel Studios centré sur le célèbre héros aux couleurs du drapeau américain, rôle qu'il reprend dans The Avengers.
