Va néixer a Tarragona el 1858, traslladant-se posteriorment a la ciutat comtal. Va obtenir el títol d’arquitectura el 1881, sent també catedràtic de Geodèsia (1888) i de Geometria Descriptiva (1895) per la Universitat de Barcelona.
Autor, a Barcelona, de les reformes a l’església de Sant Andreu de Palomar (1881, amb Pere Falqués), l’Acadèmia de Ciències (1883), que als seus baixos acull el Teatre Poliorama, el Palau de Justícia (1887-1908, amb Enric Sagnier), el Palau Montaner, actual Delegació del Govern a Barcelona (1889-1896, amb Lluís Domènech i Montaner), la Facultat de Medicina (1904), la Presó Model (1904, amb Salvador Vinyals), l’asil per a cecs Amparo de Santa Lucía, posteriorment Museu de la Ciència de Barcelona i actual CosmoCaixa (1904-1909), l’Observatori Fabra (1904), l’edifici de Catalana de Gas (1895), l’església i convent de les Carmelites (1910 -1917, acabat pel seu fill Josep Domènech i Mansana), l’estació de la Magoria (1912), etc. Va dirigir les obres de l’Hospital Clínic (1895-1906), sobre un projecte d’Ignasi C. Bartrolí (1881).
Va ser membre de la Reial Acadèmia de Ciències i Arts de Barcelona (1883), que posteriorment va presidir (1914).
Amb elements modificats dels estils clàssics va crear un estil propi, allunyat tant de l’eclecticisme com del modernisme del seu temps, però ben acceptat pels mitjans oficials. Va morir a Cabrera de Mar el 1917.
