Der Sohn eines Lehrers und Organisten besuchte zunächst die Bürgerschule in Crossen an der Oder und anschließend das Joachimsthalsche Gymnasium in Berlin. An den Universitäten Breslau und Berlin studierte er Naturwissenschaften, insbesondere Mineralogie, Botanik und Paläontologie, sowie Mathematik. Als Privatlehrer unterrichtete er die Kinder des Generals von Winterfeldt und des Bankiers Gerson von Bleichröder. Nach dem Staatsexamen im Jahr 1875 wurde Seler Oberlehrer am Dorotheenstädtischen Gymnasium in Berlin, musste diese Stelle jedoch 1881 aufgrund einer Magenerkrankung aufgeben.
1884 heiratete er die Arzttochter Caecilie Seler-Sachs (1855–1935) und wurde finanziell unabhängig. Dies ermöglichte ihm, sich als Privatgelehrter seinen Interessen an Sprachen und Archäologie zu widmen. Im gleichen Jahr begann er seine Tätigkeit als wissenschaftlicher Hilfsarbeiter am Königlichen Museum für Völkerkunde in Berlin. 1887 promovierte er in Leipzig mit einer vergleichenden Grammatik des Konjugationssystems der Maya-Sprachen. Zwischen 1887 und 1910 unternahm er sechs Reisen nach Mexiko und stellte eine umfangreiche archäologische und botanische Sammlung zusammen. Seine Frau begleitete ihn dabei und unterstützte ihn wesentlich, insbesondere als Fotografin.
1892 wurde Seler Direktionsassistent des Völkerkundemuseums unter Adolf Bastian. 1894 habilitierte er sich an der Berliner Universität mit einer Arbeit über Hieroglyphen und Ikonographie mexikanischer Bilderhandschriften, die Alexander von Humboldt nach Berlin gebracht hatte.
Dank einer Stiftung des Immobilienkaufmanns Florimond Loubat wurde 1899 an der Universität Berlin eine Professur für amerikanische Sprachen, Völkerkunde und Altertumskunde eingerichtet, auf die Seler berufen wurde. Bis zum Ersten Weltkrieg war er der einzige Hochschullehrer für dieses Fachgebiet in Kontinentaleuropa. Zu seinen Schülern zählten Walter Lehmann und Franz Termer. In seiner wissenschaftlichen Arbeit konzentrierte sich Seler vor allem auf altindianische Schriften, Religionen und Mythen.
1903 übernahm er im Museum für Völkerkunde die Leitung der Amerika-Abteilung, und ein Jahr später wurde er zum Direktor ernannt. 1910 gründete er zusammen mit Franz Boas und Ezequiel Chávez die Internationale Schule für Amerikanische Archäologie und Ethnologie in Mexiko, deren erster Direktor er bis 1911 war.
1908 wurde Seler als ordentliches Mitglied in die Preußische Akademie der Wissenschaften aufgenommen und 1913 in die American Academy of Arts and Sciences gewählt. 1919 wurde er Ehrenmitglied der Berliner Gesellschaft für Anthropologie, Ethnologie und Urgeschichte.
Er wurde auf dem Friedhof Steglitz in Berlin-Steglitz beigesetzt, und seine Grabstätte gehörte von 1992 bis 2014 zu den Ehrengräbern des Landes Berlin. Nach seinem Tod verwaltete Caecilie Seler-Sachs seinen Nachlass, veröffentlichte daraus Publikationen und hielt Vorträge zur Geschichte Amerikas. Im Humboldt Forum befinden sich zahlreiche Objekte aus der Sammlung Eduard Selers.
