Цено Тодоров е роден във Враца на 20 март 1877 г. През 1896 г. постъпва да учи в първия випуск на Държавното рисувално училище и през 1901 г. завършва специалност живопис в класа на проф. Иван Мърквичка. Следва специализация при Леон Бона в Националното училище за изящни изкуства на Академия Жулиен, в периода 1901 – 1907 г. 

През 1908 г. Тодоров пътува из Египет и Палестина и рисува пейзажи, които изиграват голяма роля за формирането на течението на импресионизма в България. Картините си излага в София по-късно през същата година и това е неговата първа изложба. По време на Първата световна война рисува батална живопис в Прищина и Прилеп.

След завръщането си, през 1910 г. Цено Тодоров става преподавател в Художествено-индустриалното училище, а след преименуването му през 1921 г. в Национална художествена академия е неин директор между 1930 и 1932 г. Ученици на Тодоров са някои от най-изтъкнатите български художници: Златьо Бояджиев, Васил Стоилов, Преслав Кършовски, Васил Захариев.

Членува в Дружеството на художниците в България, Съюза на южнославянските художници „Лада“ и член-основател на дружеството „Родно изкуство“.

Участва във всички общи художествени изложби, както и в представянията на българското изобразително изкуство зад граница:

1911, Рим – международна изложба по повод 50 години от обединението на Италия,

1912, Белград – четвърта южнославянска изложба

1916, Берлин – българска художествена изложба

1922, Виена и Будапеща – българска пътуваща изложба на изящни и приложни изкуства

1926, Прага – изложба на съвременното българско изкуство

1931, Ню Йорк – международна изложба

1940, Атина – групова българска изложба

1951, Москва – обща изложба на българското изкуство

През 1952 г. прави голяма съвместна изложба с Владимир Димитров - Майстора, Стефан Иванов и Андрей Николов, която става повод за излизането на две книги.

Цено Тодоров е носител на държавното звание Народен художник, лауреат на Димитровска награда, както и почетен гражданин на град София.

Умира на 20 ноември 1953 г.