Cursa los estudios de ciencias fisicomatemáticas, sigue su formación realizando la carrera de Arquitectura en Barcelona y posteriormente en la escuela de arquitectura de la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando de Madrid. Una vez finalizados los estudios viajó por toda Europa para seguir formándose y conocer las nuevas tendencias arquitectónicas.

Ejemplo temprano de la arquitectura modernista, es el primer edificio del Eixample de Barcelona de tipología industrial, donde Domènech i Montaner aplica por primera vez su eclecticismo, la mezcla de distintos estilos históricos con elementos propios de la modernidad, como el ladrillo visto o el hierro forjado.

En este edificio, que tenía la función de café y restaurante de la Exposición Universal, se puede ver con claridad una de las mayores inspiraciones que tuvo el arquitecto a lo largo de su carrera profesional: el arte medieval. Este edificio es la reinterpretación de un castillo medieval, en el que se rompe voluntariamente el eje de simetría, una tendencia que encontraremos en otros edificios a lo largo del Modernismo.

A finales del siglo xix, a Reus le faltaba un espacio terapéutico para enfermos mentales, ya que el que existía hasta el momento estaba totalmente anticuado. Por eso, una serie de prohombres de la ciudad consiguieron que Domènech i Montaner diseñara el proyecto del hospital psiquiátrico. Construido a las afueras de la ciudad para que los pacientes pudieran disfrutar del aire fresco, se planteó como una serie de pabellones independientes. Se considera el precedente del Hospital de Sant Pau de Barcelona.
Destaca, por su monumentalidad, el Pabellón de los Distinguidos, destinado al alojamiento de los enfermos que provenían de familias burguesas con alta capacidad económica de la ciudad.

Actualmente conocida como Hotel Espanya, es una remodelación realizada por Domènech i Montaner, junto con otros artistas de su época. Es especialmente en el comedor principal donde encontramos este trabajo conjunto entre artistas, ya que tenemos obras del escultor Eusebi Arnau y del pintor Ramon Casas, autor del magnífico esgrafiado de la pared que representa un fondo marino con sirenas.

Casa que completa la famosa isla de la discordia, junto con Casa Batlló de Gaudí y Casa Amatller de Puig i Cadafalch. En su exterior, el arquitecto se inspira claramente en la arquitectura gótica.
En la planta baja, Domènech i Montaner proyectó un espacio destinado a tienda, pero que desafortunadamente no se conserva. En sus decoraciones destacaban unas esculturas que representaban musas clásicas y fueron destruidas justo delante de la casa.

Empieza la construcció del auditorio encargado por el Orfeo Català, que es considerado la máxima expresión del modernismo catalán y des de 1997 es PAtrimonio de la Humanidad.

En los últimos años de su vida Domènech y Montaner se distancia de los grandes proyectos arquitectónicos para dedicarse a la investigación arqueológica e histórica. Destacan los manuscritos sobre la historia de Cataluña y heráldica catalana, redactados a la Masia Rocosa de Canet de Mar, donde pasa gran parte del final de su vida, puesto que es afectado por un cáncer de estómago que le hace delegar toda la actividad profesional a su hijo Pere Domènech Roura. Muere en Barcelona a los 73 años y es enterrado al cementerio de Sant Gervasi de Barcelona a pesar de que su última voluntad era ser enterrado al panteón familiar de Canet de Mar.