自衛隊員だった21歳の時、採石場での作業中の土砂崩落事故により第一腰椎を圧迫骨折。車いす生活となった。1981年の「第1回大分国際車いすマラソン大会」を見て、すぐに練習を開始した。当時はまだ車いすマラソンの練習方法というものは確立されておらず、走れるコースも整備されていなかったため、短い距離で効果的に走力を付けるため、毎日、古タイヤを引っぱって走り、臨んだ1982年の「第2回大分国際車いすマラソン大会」において、総合9位、国内2位となった。1位を目指して練習量を増やすため、屋内でも練習できるよう、車いす用のルームランナーを考案。2時間連続で走り続ける体力を付けた。1983年の第3回大会から1989年の9回大会まで、大分国際車いすマラソン大会において、国内7連覇を達成したが、過度の練習が原因で胸骨関節を損傷し、92年を最後に第1線の競技から退いた。競技生活から引退した現在は、ソーシャルワーカーとしての仕事のかたわら、若手選手のコーチやアドバイス、全国各地での講演活動、スポーツを通じた社会福祉に関する啓発などを行っている。
京都府立東舞鶴高等学校、同志社大学文学部英文学科中退後、アルバイト生活を経て1954年ラジオ佐世保（のちにラジオ長崎と合併し長崎放送と社名変更）に開局と同時に入社。3年間、司会や英語放送のアナウンサーを務めた。佐世保時代に前妻と結婚したが、その後離婚。1956年小林旭らと第3期ニューフェイスとして日活に入社、同年『沖縄の民』で夜襲の少尉役としてデビュー。1957年主演デビューを飾る。1961年、日活スター映画のローテーションである「ダイヤモンドライン」入りし、以後「ダンプガイ」の愛称で石原裕次郎、小林旭、宍戸錠、赤木圭一郎などとともに日活アクション路線の全盛期を築いたが、次第にヒーローのライバルや相棒、あるいは上司役といった、貫禄ある準主演者としての出演が多くなり、アクション映画のみならず、あらゆるジャンルの日活映画に欠かせない存在として高く評価されている。日活スターの中でも比較的、年長者であった事もあり、実際に日活撮影所でも「エイメイさん」と呼ばれ、多くの若い俳優達から頼られる存在で、人望も厚かった。1968年には、旧西ドイツの連続テレビドラマ『パトロール隊出動』（邦題。原題は「Polizeifunk ruft」）の中の2話分に出演。その2話のサブタイトルは「Empfang in Japan」と「Flucht nach Kyoto」であり、詳細は不明だが日本が舞台のストーリーであると思われる。1971年に日活を退社後、1977年から『特捜最前線』で主演・神代警視正（課長）役として出演したことで知られる。1979年に放送された北海道ロケ中にスキーで転倒して首を骨折する重傷を負ったが、4か月の闘病後に復帰した。その後『特捜最前線』は1987年3月の終了まで全509回を数える人気番組となった（上記の事故による1979年1月から5月の一時降板のため、自身の出演回数は全492回）。その一方で、二谷が主演していた『特捜最前線』の提供スポンサーであった日産自動車のセドリックの専属CMキャラクターを1972年から1987年までの15年間の長きにわたり務めており、二谷が専属CMキャラクターを務めるセドリックが『特捜最前線』の劇用車（特命車）としても活躍していたことで、「テレビ朝日=『特捜最前線』=二谷英明=セドリック=日産自動車」のイメージで一般大衆にも広く知られるようになり、Wタイアップ効果は絶大であった。1990年代からは積極的にボランティア活動に参加、1993年には脚本家の小山内美江子らと教育を受けられない国々の子供たちのために学校建設活動を行う特定非営利活動法人「JHP・学校をつくる会」を設立した（設立当時の名称は、任意団体「カンボジアの子供に学校をつくる会」）。自ら何度もカンボジアに赴いて学校建設に尽力するなど、「JHP・学校をつくる会」の副会長理事として活躍していた。2003年10月に脳梗塞で倒れ、高級老人ホームで療養し、芸能活動は休止状態にあった。JHP・学校をつくる会の副会長理事職に長らく就いていた。その他、日本映画俳優協会の理事長、日本俳優連合の専務理事を務めた。妻は1964年に結婚した女優の白川由美。娘で元女優・トライグループ社長の二谷友里恵は郷ひろみの元妻。2009年頃より家庭教師のトライのCMに、かつて主演した刑事ドラマ『特捜最前線』の映像が使用されたCMが複数バージョン放映されており、往年の元気な姿がテレビで見られるようになっていた。2012年1月7日、肺炎の為、慶應義塾大学病院にて死去。81歳没。二谷の死去を受けて日活時代の仲間であった宍戸錠、松原智恵子、小林旭、吉永小百合などが故人への思いを込めたコメントを発表している。通夜は1月10日、葬儀・告別式は11日に東京都港区芝公園の増上寺で営まれた。通夜には長女の元夫だった郷ひろみ、日活時代の同僚である渡哲也、『特捜最前線』で共演した大滝秀治、藤岡弘、を始め、反町隆史・松嶋菜々子夫妻、秋野暢子などが弔問に訪れた。葬儀・告別式では二谷を「東京のお父さん」と慕っていたシンガーソングライター・俳優の長渕剛がギターを持って参列、友人代表として弔辞を読みあげ、祭壇の前で「12色のクレパス」という楽曲を熱唱した。戒名は「慈雲院學徳俊英居士（じうんいんがくとくしゅんえいこじ）」。前述の特定非営利活動法人「JHP・学校をつくる会」の副会長理事としての活動や、数多くの俳優仲間たちから慕われていたこともあり、「優しく慈しむ心で、雲のように包み込む包容力を持ち、学校を作るような徳を残す、優れたものを持っている人」との意味で付けられた。