Se formó en el Romanticismo, y con un profundo conocimiento de los pintores italianos del Renacimiento, desarrolló un estilo personal con el que se anticipó al simbolismo francés a finales del siglo XIX.
Comenzó a copiar obras de maestros en el Museo del Louvre, pero ese mismo año fue por primera vez admitido al Salón oficial, con una Pietà, y emprendió una destacable carrera como pintor académico.
En 1855, en la Exposición Universal de París, exhibió su obra Los atenienses en el laberinto del Minotauro, junto a pintores tan reputados como Ingres, Delacroix, Rousseau y Courbet.
Durante los años siguientes, prosiguió con relativo éxito su carrera como pintor, aunque sus poco habituales temas provocaron a veces reacciones encontradas.
Desde 1891 hasta su muerte, En 1888 Moreau fue profesor de L’École des Beaux-Arts de París hasta su muerte, entre los que se cuentan pintores tan célebres como Henri Matisse, Albert Marquet y Georges Rouault, entre otros.
Con el tiempo, la obra de Moreau va concediendo menor importancia a la línea y más al colorido.
No frecuentó mucho los temas cristianos, aunque en 1862 pintó, por encargo, un Vía Crucis para la iglesia de Notre-Dame-de-Decazeville.
Como muchos pintores franceses de su siglo, Moreau tiene poca presencia en museos españoles.
El Museo Thyssen-Bornemisza de Madrid alberga dos magníficas obras suyas: Las voces y Galatea.