Nach seinem Studium an der Technischen Hochschule für Architektur in Madrid arbeitete Moneo beim dänischen Architekten Jørn Utzon, dem Architekten des Sydney Opera House. Anschließend brachte ihn ein Stipendium für zwei Jahre an die Spanische Akademie nach Rom. Nach seiner Rückkehr nach Spanien trat Moneo Lehrtätigkeiten in Madrid (1966–70) und später in Barcelona (1970–80) an. Außerdem hat er an verschiedenen Universitäten in den USA, Frankreich und der Schweiz gelehrt. Seit 1973 betreibt er ein eigenes Architekturbüro in Madrid.
- 1966: Umbau der Plaza de Toros de Pamplona
- 1969–1973: Wohnhaus Urumea Building, San Sebastián
- 1972–1976: Bürogebäude Bankinter, Madrid
- 1973–1981: Rathaus Logroño, La Rioja
- 1981–1986: Museum für Römische Kunst, Mérida, Spanien
- 1984–1992, 2012: Bahnhof Atocha, Madrid
- 1987–1992: Museumsbau für die Stiftung Fundació Pilar i Joan Miró a Mallorca
- 1987–1992: Flughafen Sevilla-San Pablo, Sevilla
- 1987–1999: Kulturzentrum L’Auditori, Barcelona
- 1989–1992: Modernisierung des Museuo Thyssen-Bornemisza, Madrid
- 1994–1998: Museum für Moderne Kunst, Stockholm
- 1995–1999: Kongresszentrum „Kursaal“, San Sebastián[1]
- 1996–1998: Hotel und Bürogebäude Grand Hyatt am Potsdamer Platz, Berlin[2]
- 2000: Beck-Flügel, Museum of Fine Arts, Houston
- 2002: Kathedrale „Our Lady of the Angels“, Los Angeles
- 2014: Museum der Universität von Navarra, Pamplona, Spanien
- 2014: Bürohaus am Werderschen Markt, Berlin
Heinrich Kramer, Walter von Lom: Licht – Bauen mit Licht. R. Müller, Köln 2002, ISBN 3-481-01691-3, S. 238. Martin Kieren: Neue Architektur, Berlin 1990–2000 = New architecture, Berlin 1990–2000. Jovis, Berlin 1997, ISBN 3-931321-82-7, S. 19, 20.