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Dean est né à Nottingham, en Angleterre. De 1966 à 1967, Dean fut membre du groupe Bluesology(en), dirigé par Long John Baldry. Le pianiste de ce groupe, Reginald Dwight, combina par la suite les prénoms de Elton Dean et de John Baldry pour forger son propre nom de scène, Elton John.
Dean a d'abord établi sa réputation en tant que membre du groupe The Keith Tippett Sextet de 1968 à 1970, ainsi que de Soft Machine de 1969 à 1972. Un peu avant de quitter Soft Machine, il a fondé son propre groupe, Just Us. De 1975 à 1978, il a dirigé un groupe de neuf musiciens nommé Ninesense, avec lequel il a notamment joué au festival de jazz de Bracknell et dans d'autres manifestations similaires. Depuis cette époque, ses propres formations, souvent des quartets ou des quintets, ont le plus souvent œuvré dans le style du free jazz, avec une part essentielle laissée à l'improvisation. Dans le même temps, il a continué de collaborer avec d'autres groupes jouant une musique très stricte, tels que le groupe In Cahoots du guitariste Phil Miller(en), le groupe Equip'Out du batteur Pip Pyle, ainsi que divers projets menés avec l'ancien bassiste de Soft Machine Hugh Hopper.
En 2002, Elton Dean, Hugh Hopper et deux autres anciens de Soft Machine (le batteur John Marshall et le guitariste Allan Holdsworth) ont joué et enregistré sous le nom de Soft Works. Rejoints par un autre ancien membre de Soft Machine, le guitariste John Etheridge en remplacement de Holdsworth, ils ont continué les concerts et enregistrements sous le nom de Soft Machine Legacy, jouant des pièces du répertoire original de Soft Machine ainsi que de nouvelles compositions. Elton Dean figure dans trois albums de Soft Machine Legacy : Live in Zaandam (CD, rec. 2005/05/10), New Morning - The Paris Concert (DVD, rec. 2005/12/12) et l'album studio Soft Machine Legacy (CD, 2006, rec. 2005).
Les dernières collaborations musicales de Dean comprennent également Soft Bounds (quartet comprenant Elton Dean, Hugh Hopper, la pianiste Sophia Domancich et le batteur Simon Goubert), le projet Psychic Warrior d'Alex Maguire, et le groupe belge de jazz-rock The Wrong Object.
Le style de jeu de Dean est autant tonal qu'atonal. Sa sonorité et son phrasé rappellent souvent John Coltrane. Ses incursions dans le jazz fusion avec Soft Machine sont caractérisées par un usage novateur d'une amplification extrême (particulièrement dans les concerts enregistrés de la période des albums Third et Fourth de Soft Machine).