Родился 14 апреля 1886 г. в Вест-Ньютоне (США). В 1906 г. Окончил местную Высшую школу. В 1911 г. получил степень бакалавра физико-математических наук в Массачусетсском технологическом институте. Заинтересовался психологией, переехал в Гарвард и здесь, в Гарвардском университете, получил сначала степень магистра (1912 г.), а в 1915 г. докторскую степень по психологии и философии. В 1915—1918 гг. преподавал в Северо-Западном университете (Иллинойс). С 1918 г. он перешел в Калифорнийский университет (Беркли), где оставался до своей отставки (1954 г.). С 1954 г. Толмен — заслуженный профессор в отставке. Он занимал руководящие посты в ряде научных обществ в США, был членом Национальной академии наук.

Психологическая система Толмена основывается на признании совместимости бихевиоризма с гештальтпсихалогией, глубинной психологией и другими направлениями. Утверждал, что психология должна быть бихевиористской, но бихевиоризм Уотсона считал ограниченным. Схема Уотсона «стимул — реакция» является, по мнению Толмена, наивной и недостаточной для описания поведения, так как сводит акт поведения к совокупности элементарных ответов на стимулы. При этом поведение как таковое теряет свое своеобразие. «Молекулярному» понятию поведения Уотсона противопоставил свое понимание, которое назвал «молярным». Единицей поведения является целенаправленный акт, использующий мускульные движения, организованные вокруг цели и обслуживаемые и направляемые когнитивными моментами. На основе многочисленных экспериментальных исследований (использовались разнообразные лабиринты) Толмен выдвинул представление о системе внутренних процессов (intervening variables), вклинивающихся между стимулом и ответными реакциями и детерминирующих поведение. Сами эти процессы должны быть исследованы строго объективно по их функциональному проявлению в поведении. Свою концепцию поведения Толмен изложил в капитальном труде «Целевое поведение у животных и у человека» (Purposive behavior in animals and men. New York—London, 1932) в который также вошли материалы ряда его более ранних исследований. Эта книга осталась лучшей и важнейшей из всех работ Толмена.

Важное место в системе Толмена занимает проблема научения, разрабатываемая им экспериментально на животных (крысах). Толмен выдвинул представление о том, что организм учится устанавливать смысловые связи между стимулами — «что ведет к чему», — причем то, что выучено, обнаруживается в исполнительной деятельности только частично. В конечном счете в результате научения организм образует «когнитивную карту» всех знаков в ситуации лабиринта и затем ориентирует свое поведение в нем с помощью этой «карты». Для объяснения экспериментальных фактов Толмен выдвинул такие теоретические конструкты, как «expectation» (ожидание), «hypotheses» (гипотезы), «sign-gestalt» (знак— гештальт), «cognitive maps» (познавательные, или когнитивные, карты) и др.

Работы Толмена получили широкое распространение и вызвали большой интерес (и не только американской психологии). В 1957 г. они были отмечены специальной премией Американской психологической ассоциации.

Основные труды Толмена : Purposive behavior in animals and Men. New York — London, 1932; Drives toward war. New York, 1942; Cognitive maps in rats and men / Psychological Review. 1948, 55 (4), 189—208. Tolman /Boring E. G. (ed.). A history of Psychology in autobiography. V. 4. Worch., Mass. P. 323—339; Collected papers in psychology. New York 1951.