Ефим Петрунин родился 1 июня 1990 года в городе Новосибирск. Изучал французский язык с четырех лет. Окончил Новосибирский государственный театральный институт, учился в Санкт-Петербургской академии театрального искусства и занимался в студии пластики при театре «Глобус».
Ефим странствовал с уличным театром MiMO под руководством Андрея Кислицина по городам России. Сначала добрались до Санкт-Петербурга, потом до Москвы, а потом он один поехал учиться в Париж и выступал на площади Монмартр. Одевался в костюм, гримировался и целое лето развлекал туристов. «Мне пришлось познакомиться с разными людьми, с уличниками, которые бьются там за места. Это классика. Как на рынке. Но когда я им сказал, что не буду брать за свои перформансы денег, они сказали: «О'кей, работай» - впоминает Ефим Петрунин.
Первой ролью в кино для Ефима стал эпизод в семейной саге «Все к лучшему» 2011 года, премьера которого состоялась на телеканале «Россия 1». Актер также снялся в фильме «Мой папа - Барышников» и в третьем сезоне медицинского сериала «Склифосовский» с Максимом Авериным в главной роли.
В 2015 году на СТС вышел комедийный молодежный сериал «Папа на вырост», в котором Ефим сыграл главного героя, 25-летнего бармена Славу. Его жизнь меняется в один момент, когда под дверью своей квартиры он находит корзинку с шестимесячной девочкой и запиской.
За неделю до выхода в эфир сериала «Папа на вырост» Ефим на самом деле стал папой. Если в сериале у него дочка Анечка, то в реальной жизни - сын Мирон. Жена Ефима Петрунина - Елена, тоже имеет отношение к театру и кино, правда, работает не актрисой, а художником по костюмам. Но познакомились молодые как раз на съемочной площадке.
В 2016 году Ефим Петрунин, который уже зарекомендовал себя как профессиональный актер, вновь удостоился главной роли. На этот раз актер появился в комедии Романа Каримова «Гуляй, Вася!».
В 2017 году Ефим Петрунин порадовал поклонников участием в мини-сериале «Зеркала любви».
В 2018 году актер сменит амплуа и выступит в фильме ужасов Святослава Подгаевского «Русалка. Озеро мертвых», где помимо него роли исполнят Виктория Агалакова, Никита Еленев, Сесиль Плеже и Игорь Хрипунов.