Née le 13 octobre 1881 à Soubise (Charentes-Maritimes), fille de petits commerçants, Eugénie Cotton (née Feytis), entra en 1901 à l'École normale supérieure de Sèvres et fit la connaissance de Pierre et Marie Curie et de Paul Langevin. Agrégée de physique en 1904, elle enseigna au collège de Poitiers puis à l'École normale où elle eut, à partir de ce moment-là et pour de longues années, une très grande activité scientifique.

En 1913, elle épousa Aimé Cotton (1869-1951), lui aussi physicien, et eut trois enfants. Reçue docteur ès sciences physiques, elle fut nommée en 1936, par le ministre Jean Zay, directrice de l'École normale supérieure. Pendant toute cette période, elle apporta son aide aux antifascistes allemands réfugiés en France depuis 1933 puis espagnols traqués par le général Franco.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, Eugénie Cotton fut contrainte de quitter son poste de l'École normale supérieure et mise à la retraite par le gouvernement de Vichy en 1941. De son côté, son mari fut arrêté deux fois par la Gestapo. C'est en 1944, qu'Eugénie Cotton entra à L'Union des femmes françaises puis contribua à la création, le 1erdécembre 1945, de la Fédération démocratique internationale des femmes. Elle assura la présidence de ces deux organisations. Elle fut également membre du Conseil mondial de la paix, de l'Association d'amitié France-URSS et y développa une importante activité jusqu'à sa mort, qui survint le 16 juin 1967.
Une école maternelle d'Ivry située rue Maurice Coutant et réalisée en 1976 porte le nom d'Eugénie Cotton.