Orta öğrenimini Avusturya Koleji'nde yapan Ufuk Esin, Lisans öğrenimini 1956 yılında İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Prehistorya ve Arkeoloji Bölümü'nde tamamladı. 1957'de Prehistorya Kürsüsü'nde asistan olarak akademik kariyerine başladı. Aynı kürsüde 1960'da doktor asistan oldu ve 1961'de Fulbright Bursu'nu kazandı. 1966'da doçentliğe yükselen Esin, 1973'de Alexander von Humboldt Bursu'nu kazandıktan sonra 1976'da profesör oldu.
Görev yaptığı İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi'nde 1984-2000 yılları arasında Prehistorya Anabilim Dalı Başkanlığı, 1998-2000 yılları arasında da Arkeoloji ve Sanat Tarihi Bölüm Başkanlığı görevlerini üstlendi.
Türkiye'de Arkeometri'nin başlamasına öncülük eden Prof. Dr. Ufuk Esin, genellikle arkeolojik kurtarma kazılarında görev yaptı. ODTÜ Keban Projesi kapsamında Elazığ'da Tepecik, Tülintepe, ODTÜ Aşağı Fırat Projesi çerçevesinde Malatya'da Karakaya Barajı göl alanında Değirmentepe'de, son olarak da Aksaray'da Mamasın Barajı göl alanında Aşıklı Höyük'te kurtarma kazıları yaptı.
1993'de Türkiye Bilimler Akademisi üyesi olan Prof. Dr. Ufuk Esin, 2001 yılından başlamak üzere Türkiye Bilimler Akademisi ve Türkiye Kültür Sektörü girişimi kapsamında Türkiye Kültür Envanteri Projesini örgütleyerek, yaşama geçirdi.
Prof. Dr. Ufuk Esin, 2 Ocak 2008 günü kalp rahatsızlığı nedeniyle İstanbul Üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesi'ne kaldırıldı; fakat 19 Ocak 2008 günü tedavi gördüğü hastanede hayatını kaybetti.
Esin için, uzun yıllar görev yaptığı İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi'nde 21 Ocak 2008 günü tören düzenlendi; ardından cenazesi, öğle vakti Bebek Camisi'nde kılınan namazının ardından Feriköy Mezarlığı'nda toprağa verildi.
Prof. Dr. Ufuk Esin'in yurt dışında ve içinde basılmış Türkçe, Almanca ve İngilizce 100'ü aşkın bilimsel yayını vardı.