Entré à la Comédie-Française en 1890 ; sociétaire en 1903 ; retraité en 1928 ; sociétaire honoraire en 1929.

Élève de Delaunay au Conservatoire, Émile Dehelly sort avec un premier prix de Comédie remporté dans le rôle de Fortunio.
Il débute à la Comédie-Française dans Horace de L’École des femmes, à peine âgé de 19 ans. Pendant quarante ans, il va tenir l'emploi difficile des « amoureux » classiques et des petits marquis du répertoire. Il prête aux Acaste, aux Eraste, aux Valère de Molière, au Lucidor de L’Épreuve de Marivaux, à Almaviva du Barbier de Séville, à Mario du Jeu de l'amour et du hasard, au Marquis de Turcaret et surtout à Dorante du Menteur de Corneille, sa silhouette svelte et gracieuse, sa diction, claire et mordante, et une éternelle jeunesse qui semble inhérente à son emploi.
Il interprète aussi les jeunes premiers de Musset, joue Le Paon de Francis de Croisset et Les Romanesques d'Edmond Rostand, qui sont des pastiches du théâtre du XVIIIe siècle. Il joue aussi Shakespeare, notamment Mercutio dans Roméo et Juliette. Dans le répertoire moderne, il joue Paul Hervieu, Maurice Donnay, Jean Aicard et... Courteline.
Il quitte la scène en 1931 après une représentation de retraite d'un éclat particulier, toujours jeune et fringant. Au cinéma, il incarne d'Artagnan dans la version muette des Trois Mousquetaires réalisée pour le Film d'art. Il est nommé professeur au Conservatoire en 1928.
Il meurt en 1969, âgé de 98 ans, reliant les générations actuelles à son maître Delaunay, qui avait reçu les conseils de Musset lui-même pour créer ses pièces.