Émile Durand naît à Saint-Brieuc le 16 février 1830, dans une famille d'hôteliers. Son père, musicien amateur, l'éveille à la musique, et le jeune Émile commence l'apprentissage du chant à Montpellier, où la famille s'installe en 1842. En 1845, il entre au Conservatoire de Paris, où il accomplit un parcours d'élève brillant : premier prix de solfège dans la classe de Charles-Valentin Alkan en 1847, premier prix d'harmonie sous la direction de François Bazin en 1851, puis second grand prix de Rome de composition dans la classe de Fromental Halévy en 1853.
Très tôt orienté vers l'enseignement, Durand se voit confier dès 1850 par Daniel-François-Esprit Auber la direction d'une classe de solfège au Conservatoire, qu'il conserve jusqu'en 1871. À cette date, il accède au poste de professeur d'harmonie et d'accompagnement, fonction qu'il occupe durant une dizaine d'années. C'est dans ce cadre qu'il eut pour élève, à partir de 1878, le jeune Claude Debussy, dont il reconnut le talent tout en le jugeant « trop négligent, trop léger » au regard des disciplines académiques. Parmi les autres musiciens passés par son enseignement figurent le pianiste Louis Diémer ainsi que des compositeurs comme Marius Lambert.
En 1857, Émile Durand épouse Louise Boieldieu, arrière-petite-fille du compositeur François-Adrien Boieldieu, s'inscrivant ainsi dans une lignée musicale française illustre. Son frère, Ludovic Durand, fut sculpteur.
Comme compositeur, Durand aborde plusieurs genres. Il donne pour la scène l'opéra-comique L'Elixir de Cornélius (1868), puis la pochade musicale L'Astronome de Pont-Neuf (1869), sur un livret de Jules Moinaux, créée au théâtre des Variétés. Son catalogue comprend également une fantaisie pour hautbois, violon et clarinette intitulée Sourires de Bretagne (1888), ainsi qu'un ensemble de mélodies sur des textes de poètes français — parmi lesquels François Coppée (Promenade en juin), Alfred de Musset (J'ai dit à mon cœur) ou Alphonse Daudet (Enfants d'un jour) —, plusieurs d'entre elles ayant été chantées par Théodore Botrel.
C'est toutefois par son œuvre théorique et pédagogique qu'Émile Durand a le plus durablement marqué la vie musicale française. Au cours des deux dernières décennies de sa vie, il rédige une série de traités destinés à l'enseignement, dont un Traité d'harmonie théorique et pratique (1881), ainsi que des ouvrages consacrés à la composition, à la transposition, au solfège et à l'accompagnement, publiés entre 1881 et la fin du siècle. Ces manuels, clairs et méthodiques, furent largement diffusés dans les conservatoires.
Émile Durand meurt à Neuilly-sur-Seine en mai 1903, à l'âge de soixante-treize ans. La postérité retient surtout en lui le théoricien et le maître d'harmonie — figure caractéristique de la pédagogie musicale française de la seconde moitié du XIXe siècle — autant que le compositeur breton dont l'œuvre, plus discrète, reste aujourd'hui peu jouée.