Enn Tõugu sündis 20. mail 1935. aastal Tallinnas juristi perekonnas. 1941. aastal saadeti kogu pere Siberisse, kust ta 1946. aastal üksinda kodumaale tagasi jõudis (vanemad surid enne sõja lõppu Siberis). 1953. aastal lõpetas ta Tallinna 20. keskkooli ning asus õppima Tallinna tehnikaülikooli masinaehituse erialale, mille lõpetas 1958. aastal. Juba õpingute ajal asus Enn Tõugu tööle Tallinna ekskavaatoritehasesse, kus lõi kaasa esimese eesti ekskavaatori projekteerimisel ja sai hea inseneripraktika.
Huvi 60-ndatel aastatel kiiresti areneva arvutustehnika vastu viis Enn Tõugu end täiendama Leningradi polütehnilisse instituuti, kust naastes asus tööle Tallinna elektrotehnika instituudis. Ta osales miniarvuti STEM väljatöötamisel, mis oli eelkäijaks alles aastakümneid hiljem laia kasutajaskonnani jõudnud arvutitele. 1965. a kaitses Enn Tõugu Valgevene NSV teaduste akadeemia juures kandidaadiväitekirja „Tehnoloogiaelementide arvutamise meetodid elektronarvutiga“ ja 1973. a Leningradi elektrotehnika instituudi juures doktoriväitekirja „Arvutusmudelite rakendamine masinprojekteerimise tarkvaras“. 1978. aastal omistati talle professori kutse.
Kuni seitsmekümnendate aastate keskpaigani olid Enn Tõugu uuringud suunatud juhtimis- ja projekteerimissüsteemide tarkvarale, haarates nii optimeerimismeetodeid kui ka andmetöötlust ja -struktuure. 1976. aastal asus ta tööle Eesti teaduste akadeemia küberneetika instituuti, kus töötas osakonnajuhataja ja vanemteadurina. Tema põhilisteks uurimis-valdkondadeks said programmide automaatne süntees, deklaratiivsed keeled ja tehisintellekt. Aastatel 2005-2015 töötas Enn Tõugu juhtivteadurina, tegeldes usaldusväärsete tarkvara- ja inimkeeletehnoloogiaalaste projektidega. Aastatel 2015-2016 oli ta samas konsultant, alates 2017. aastast Tallinna tehnikaülikooli emeriitprofessor.
1981. aastal valiti Enn Tõugu Eesti teaduste akadeemia liikmeks informaatika alal. 1985-1991 oli ta akadeemia informaatika ja tehnikateaduste osakonna akadeemiksekretär. Aastail 1978-1992 oli ta Tallinna tehnikaülikooli professor, 1992-2000 Rootsi kuningliku tehnikaülikooli tarkvaratehnika professor, 2000-2007 Estonian Business Schooli professor ning 2008-2012 kollektiivse küberkaitse kompetentsikeskuse teadur-nõunik.
Enn Tõugu oli Eesti arvutiteaduse üheks alusepanijaks. Tema õpilasi võib kohata terves maailmas. Korduvalt oli ta külalisteaduriks Stanfordi ülikoolis (USA) ja Turingi instituudis (Suurbritannia), samuti Kestreli instituudis (USA), Pariisi ülikoolis, Norra tehnika ja loodusteaduste ülikoolis ning NSVL teaduste akadeemia Novosibirski arvutuskeskuses. Ta oli paljude magistri- ja enam kui kahekümne doktoritöö juhendaja ning lihtsalt hea nõuandja erialastes küsimustes. Tema sulest on ilmunud seitse monograafiat ja üle 220 teadusartikli. Kuni viimase ajani avaldas Enn Tõugu ajakirjanduses arvamust teaduse ja ühiskonna kohta.
Enn Tõugu teadustööd on kolmel korral tunnustatud riiklike preemiatega (1967, 1987 ja elutööpreemia 2017). 2001. aastal omistati talle Valgetähe III klassi teenetemärk.