Orfano di entrambi i genitori, dopo gli studi superiori a Voghera, luogo di origine della famiglia, si laurea a Torino in Ingegneria civile nel 1897.
Dal 1901 è impiegato presso l’Ufficio Tecnico municipale, e nel 1906 apre un proprio studio a Torino, che in seguito passerà, senza soluzione di continuità, al figlio Carlo. Inizia una intensa e multiforme attività professionale, affiancata da attente operazioni immobiliari che garantiranno alla famiglia la tranquillità economica. La solida formazione politecnica tardo-ottocentesca, accompagnata da una grande attitudine per l’organizzazione del cantiere e il controllo del dettaglio, consentono a Eugenio Mollino di lavorare con le maggiori imprese dell’epoca e di occuparsi, senza grandissima originalità ma con grande correttezza ed esiti sicuri, di temi molto diversi: dall’arredo alla residenza, dagli edifici industriali a quelli pubblici, dagli ospedali alle centrali idroelettriche, dalle infrastrutture all’urbanistica.
In campo ospedaliero, in particolare, progetta a Torino “Le Molinette”, il più grande ospedale cittadino (1927-1934), il Sifilocomio in corso Dante, il sanatorio San Luigi (demolito), alcuni padiglioni del Maria Vittoria e dell’Amedeo di Savoia. A Rivoli, dove possiede e ristruttura, insieme al figlio, una villa, progetta il Mattatoio comunale e fabbrica del ghiaccio (1907, dal 2004 Maison Musique), il sanatorio “Casa del Sole” per conto di Napoleone Leumann (1919-23), oltre che numerose ville e residenze private; mette a punto, infine, il Piano di Ingrandimento e Sistemazione del 1918.
Oltre che in Piemonte, opera in Calabria, Liguria, Lombardia, Sardegna, Trentino (centrale per la Società Idroelettrica dell’Isarco, 1928). A partire dagli anni trenta, in alcune opere, come la Casa del fascio di Voghera (1934), gli si affianca il figlio Carlo, al quale trasmise inoltre la passione per lo sci e la fotografia, temi centrali nella ricerca di quest’ultimo.