Faits:
A. X._, ressortissant macédonien né le *** 1973, est entré en Suisse le 26 juillet 2002 afin d'épouser, le 23 août 2002, A._, ressortissante portugaise au bénéfice d'une autorisation d'établissement. Après quatre mois de mariage, les époux se sont séparés, l'intéressé ayant été expulsé du domicile conjugal en décembre 2002.
Par décision du 13 décembre 2006, le Service cantonal de la population du canton de Vaud a révoqué l'autorisation de séjour de l'intéressé au motif qu'il commettait un abus de droit en se prévalant d'un mariage vidé de sa substance dans le but de conserver son permis de séjour.
Le 25 janvier 2007, l'intéressé a recouru contre la décision du 13 décembre 2006 auprès du Tribunal administratif du canton de Vaud. Les époux ayant repris la vie commune depuis le 20 mai 2007, le Service cantonal de la population a délivré à X._ une autorisation de séjour valable jusqu'au 25 mai 2012 par décision du 5 novembre 2007 annulant celle du 13 décembre 2006. Le 14 novembre 2007, le Tribunal administratif a constaté que le recours était devenu sans objet. Le 9 novembre 2007, A._ a informé le Tribunal administratif qu'elle engageait une procédure de divorce. Le 13 novembre 2007, elle a indiqué que son époux s'en était pris physiquement à elle. Par prononcé de mesures d'extrême urgence, le Président du Tribunal civil de l'arrondissement de l'Est vaudois a autorisé les époux à vivre séparément pour une durée indéterminée. Le 19 décembre 2007, le Service cantonal de la population a ouvert une enquête sur la situation des époux à la suite du courrier que lui a adressé A._ le 13 novembre 2007.
Le 13 mai 2008, X._ a demandé à être mis au bénéfice d'une autorisation d'établissement, ce que l'Office fédéral des migrations lui a refusé le 17 juillet 2008.
Par décision du 11 juin 2009, le Service cantonal de la population a révoqué l'autorisation de séjour CE/AELE de l'intéressé et refusé sa transformation en autorisation d'établissement. Le 16 juillet 2009, l'intéressé a recouru contre la décision du 11 juin 2009 auprès du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
B. Par arrêt du 9 décembre 2010, le Tribunal cantonal a rejeté le recours en application la loi fédérale du 26 mars 1931 sur le séjour et l'établissement des étrangers (LSEE). Il a jugé peu probant la reprise de la vie commune des époux au vu des nombreuses péripéties (procédures pénales, procédures civiles d'extrême urgence) qui ont eu lieu depuis leur mariage, du fait qu'ils n'ont fait ménage commun que 4 mois sur huit ans, des déclarations de l'épouse, qui exposait faire chambre séparée et attendre que l'intéressé obtienne un titre de séjour définitif avant de prendre une décision sur leur union. Il y avait certes des courriers électroniques datant d'après la séparation du mois de novembre 2007 qui témoignaient d'un certain rapprochement. Cela ne suffisait pas à établir l'existence d'une vie conjugale effective. La révocation était ainsi justifiée. Les époux n'ayant pas vécu ensemble, les conditions pour accorder une autorisation d'établissement n'étaient pas réunies. L'intéressé ne se trouvait en outre pas dans un cas d'extrême rigueur qui justifiait l'octroi d'un permis de séjour.
C. Agissant par la voie du recours de droit public (recte: recours en matière de droit public) et du recours constitutionnel subsidiaire, X._ demande au Tribunal fédéral, sous suite de dépens, de réformer l'arrêt rendu le 9 décembre 2010 par le Tribunal cantonal en ce sens qu'une autorisation d'établissement lui soit accordée, subsidiairement en ce sens qu'une autorisation de séjour lui soit accordée. Il demande l'octroi de l'effet suspensif au recours ainsi que l'assistance judiciaire.
Par ordonnance du 18 janvier 2011, le Président de la IIe Cour de droit public a accordé l'effet suspensif au recours.
Considérant en droit:
1. Le litige porte sur la caducité de l'autorisation de séjour qui a fait suite à une procédure commencée en décembre 2007, soit avant l'entrée en vigueur, le 1er janvier 2008, de la loi fédérale sur les étrangers du 16 décembre 2005 (LEtr; RS 142.20). Conformément à l'art. 126 al. 1 LEtr, le cas est par conséquent régi par la loi fédérale du 26 mars 1931 sur le séjour et l'établissement des étrangers, et, le cas échéant (cf. art. 1 LSEE), l'Accord du 21 juin 1999 entre la Confédération suisse, d'une part, et la Communauté européenne et ses Etats membres, d'autre part, sur la libre circulation des personnes (ALCP, ou l'Accord sur la libre circulation; RS 0.142.112.681).
2. 2.1 Le recourant a formé, en un seul acte (art. 119 de la loi du 17 juin 2005 sur le Tribunal fédéral [LTF; RS 173.110]), un recours en matière de droit public et un recours constitutionnel subsidiaire. Le second étant irrecevable en cas de recevabilité du premier (art. 113 LTF), il convient d'examiner en priorité si la voie du recours en matière de droit public est ouverte.
2.2 D'après l'art. 83 let. c ch. 2 LTF, le recours en matière de droit public est irrecevable contre les décisions en matière de droit des étrangers qui concernent une autorisation à laquelle ni le droit fédéral ni le droit international ne donnent droit. Par conséquent, il est recevable contre la révocation d'une autorisation de séjour qui déploierait encore ses effets s'il n'y avait pas eu de révocation.
2.3 Le recourant est marié à une ressortissante portugaise titulaire d'une autorisation d'établissement. En principe, il dispose donc, en vertu des art. 7 lettre d ALCP et 3 par. 1 et 2 annexe I ALCP, d'un droit (dérivé) à une autorisation de séjour en Suisse pendant toute la durée formelle de son mariage, à l'image de ce que prévoit l'art. 7 al. 1 LSEE pour le conjoint étranger d'un ressortissant suisse (ATF 130 III 113 consid. 8.3 p. 129). Il s'est ainsi vu délivrer une autorisation de séjour CE/AELE valable pour toute la Suisse jusqu'au 25 mai 2012, au titre du regroupement familial. Son recours est dès lors recevable en tant qu'il s'en prend à la révocation de l'autorisation de séjour obtenue à la suite de son mariage et en demande le maintien.
2.4 En revanche, dans la mesure où le recourant demande une autorisation de séjour dans le cadre de la libre appréciation de l'autorité cantonale (art. 4 LSEE), son recours est irrecevable comme recours en matière de droit public, au regard de l'art. 83 let. c ch. 2 LTF. Il est également irrecevable, à cet égard, comme recours constitutionnel subsidiaire, car il n'a pas qualité pour recourir au sens de l'art. 115 lettre b LTF, faute de droit à l'octroi d'une autorisation de séjour fondé sur l'art. 4 LSEE.
2.5 Au surplus, déposé en temps utile (art. 100 al. 1 LTF) et dans les formes prescrites par la loi (art. 42 LTF), le présent recours est en principe recevable en vertu des art. 82 ss LTF. Le recours constitutionnel subsidiaire est donc irrecevable (art. 113 LTF a contrario).
3. Selon l'art. 97 al. 1 LTF, le recours peut critiquer les constatations de fait à la double condition que les faits aient été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF et que la correction du vice soit susceptible d'influer sur le sort de la cause, ce que le recourant doit rendre vraisemblable par une argumentation répondant aux exigences des art. 42 al. 2 et 106 al. 2 LTF (cf. ATF 133 II 249 consid. 1.4.3 p. 254 s.). La notion de "manifestement inexacte" figurant à l'art. 97 al. 1 LTF correspond à celle d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. (ATF 135 III 397 consid. 1.5 p. 401). Pour qu'il y ait constatation manifestement inexacte, il faut que l'autorité n'ait pas pris en compte, sans raison sérieuse, un élément de preuve propre à modifier la décision, qu'elle se soit trompée manifestement sur le sens et la portée d'un moyen de preuve ou encore qu'en se fondant sur les éléments recueillis, elle en tire des déductions insoutenables (ATF 129 I 8 consid. 2.1 p. 9), ce que la partie recourante doit motiver conformément aux exigences de l'art. 106 al. 2 LTF (ATF 135 V 2 consid. 1.3 p. 4 s. et les arrêts cités).
4. Le recourant invoque son mariage avec une ressortissante portugaise au bénéfice d'un permis d'établissement pour obtenir la prolongation de son permis de séjour en Suisse.
4.1 D'après la jurisprudence (ATF 130 II 113 consid. 4, 8, 9 et 10 p. 116/117 et 127 ss) relative à l'art. 3 par. 1 et 2 lettre a annexe I ALCP, le conjoint étranger d'un travailleur communautaire disposant d'une autorisation de séjour ou d'établissement en Suisse peut se prévaloir de droits d'une portée analogue à ceux dont bénéficie le conjoint étranger d'un citoyen suisse en vertu de l'art. 7 al. 1 LSEE.
Par conséquent, à l'instar des étrangers mariés à un citoyen suisse, les étrangers mariés à un travailleur communautaire jouissent, en principe, d'un droit de séjour en Suisse pendant toute la durée formelle du mariage, attendu qu'ils n'ont pas à vivre "en permanence" sous le même toit que leur époux pour être titulaire d'un tel droit. Ce droit n'est cependant pas absolu. D'une part, l'art. 3 annexe I ALCP ne protège pas les mariages fictifs. D'autre part, en cas de séparation des époux, il y a abus de droit à invoquer cette disposition lorsque le lien conjugal est vidé de toute substance et que la demande de regroupement familial vise seulement à obtenir une autorisation de séjour pour l'époux du travailleur communautaire. A cet égard, les critères élaborés par la jurisprudence rendue à propos de l'art. 7 al. 1 LSEE s'appliquent mutatis mutandis afin de garantir le respect du principe de non-discrimination inscrit à l'art. 2 ALCP et d'assurer une certaine cohésion d'ensemble au système.
Selon la jurisprudence relative à l'art. 7 al. 1 LSEE, le mariage n'existe plus que formellement lorsque l'union conjugale est rompue définitivement, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a plus d'espoir de réconciliation; les causes et les motifs de la rupture ne jouent pas de rôle (ATF 130 II 113 consid. 4.2 p. 117 et la jurisprudence citée). Des indices clairs doivent démontrer que la poursuite de la vie conjugale n'est plus envisagée et qu'il n'existe plus de perspective à cet égard (cf. ATF 130 II 113 consid. 10.2 p. 135; 128 II 145 consid. 2.2 p. 151).
L'arrêt attaqué confirme la décision du Service de la population du 11 juin 2009 fondée sur l'abus de droit à invoquer un mariage vidé de sa substance pour prétendre au maintien de son autorisation de séjour.
4.2 Le Tribunal cantonal a fondé son arrêt sur les circonstances de la séparation du mois de novembre 2007, telles qu'elles ressortaient des déclarations de l'épouse du recourant, du procès-verbal de l'audition de cette dernière du 29 février 2008, de la plainte pénale déposée contre lui ainsi que des mesures protectrices d'extrême urgence prononcées le 13 novembre 2007. Il a également pris en considération le fait que les époux se sont séparés après quatre mois de mariage, qu'ils n'avaient fait ménage commun que durant dix mois tout au plus en l'espace de huit ans et que la reprise de la vie commune le 20 mai ou, selon l'épouse, le 27 juin 2007, avait eu lieu à un moment où le recourant savait qu'une procédure de révocation de son permis était en cours. Il a en outre constaté que cette reprise n'avait duré que quelques mois. Il y avait certes des courriers électroniques qui semblaient attester une certaine forme de réconciliation mais ne prouvaient pas l'existence d'une vie conjugale effective. Il a enfin retenu que le recourant ne soutenait pas qu'une nouvelle reprise de la vie commune était envisagée.
4.3 Le recourant reproche au Tribunal cantonal d'avoir retenu systématiquement les faits qui résultaient de la version de son épouse, alors que les "versions données par celle-ci ne sont pas cohérentes et en contradiction avec diverses pièces du dossier" (sic), en violation de la jurisprudence selon laquelle il y aurait lieu en la matière de se fonder (en premier lieu) sur les déclarations de l'époux étranger (ATF 128 II 145 consid. 3.1 p. 152 s.).
A supposer que le recourant entende se plaindre de ce que la version de son épouse est en contradiction avec diverses pièces du dossier, ce qui ne ressort pas clairement de la syntaxe utilisée, il aurait dû prendre soin d'exposer son grief conformément aux conditions de l'art. 97 LTF et aux exigences de motivation qui s'y rapportent (art. 106 al. 2 LTF; cf. consid. 3 ci-dessus). Or non seulement il ne fait pas de références aux bordereaux de pièces produits devant l'instance précédente, ce qui permettrait de s'assurer de la constatation manifestement inexacte des faits en fonction des pièces qui figuraient au dossier de cette dernière, mais encore il n'expose pas en quoi la correction des vices, au demeurant présentés de manière appellatoire, serait susceptible d'influer sur le sort de la cause. Il n'est par conséquent pas possible de s'écarter des faits qui ont été retenus par le Tribunal cantonal (art. 105 al. 1 LTF).
Dans la mesure où il entend se plaindre de l'appréciation arbitraire des preuves par le Tribunal cantonal, son grief, qui ne répond pas aux exigences de motivation de l'art. 106 al. 2 LTF en matière de violation des droits constitutionnels, est également irrecevable.
4.4 Sur le fond, il suffit de renvoyer aux considérants de l'arrêt attaqué (art. 109 al. 3 LTF) qui exposent de manière convaincante que le mariage du recourant est vidé de sa substance et qu'en se prévalant d'un mariage purement formel pour conserver son autorisation de séjour, le recourant commet un abus de droit. Dans ces conditions, en confirmant la révocation de l'autorisation de séjour CE/AELE octroyée au titre du regroupement familial, le Tribunal cantonal a correctement appliqué le droit fédéral, en particulier l'Accord sur la libre circulation des personnes et la loi fédérale sur le séjour et l'établissement des étrangers.
5. Le recourant soutient enfin qu'il a droit à une autorisation d'établissement. Ce grief doit être rejeté. Comme l'a exposé à bon droit le Tribunal cantonal, l'octroi d'une telle autorisation suppose au moins que les époux aient vécu cinq ans ensemble. Or, en l'espèce, non seulement le recourant et son épouse n'ont fait ménage commun que quatre mois en 2002, puis de mai à novembre 2007, mais encore l'abus du droit de se prévaloir du mariage constaté à propos du maintien de l'autorisation de séjour vaut a fortiori en matière de délivrance de l'autorisation d'établissement. Les développements du recourant relatifs à l'application de l'Accord sur la libre circulation sont erronés (ATF 130 II 49 consid. 4.2 p. 55 s. et les références citées).
6. Les considérants qui précèdent conduisent au rejet du recours en matière de droit public, dans la mesure où il est recevable. Le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable. Le recours, qui fondait essentiellement son argumentation sur un état de fait différent de celui retenu par le Tribunal cantonal et s'écartait de la jurisprudence rendue en application de l'art. 17 al. 2 LSEE, était d'emblée voué à l'échec, de sorte que la requête d'assistance judiciaire doit être rejetée (art. 64 al. 1 LTF). Succombant, le recourant doit supporter les frais judiciaires (art. 66 al. 1 LTF). Il n'a pas droit à des dépens (art. 68 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours en matière de droit public est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable.
3. La requête d'assistance judiciaire est rejetée.
4. Les frais judiciaires, arrêtés à 2'000 fr., sont mis à la charge du recourant.
5. Le présent arrêt est communiqué à la mandataire du recourant, au Service de la population du canton de Vaud, au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public, et à l'Office fédéral des migrations.
Lausanne, le 25 février 2011
Au nom de la IIe Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Zünd Dubey