En 1850 se traslada a Barcelona donde ingresa, como aprendiz, en el taller del escultor Domènec Talarn. En 1853 comienza sus estudios en la Escuela de Bellas Artes con P. Milá i Fontanals y Claudi Lorenzale como maestros. En sus primeros cuadros se aprecia una técnica dibujista inspirada en la pintura del primer Renacimiento, dentro de la línea romántica de los pintores nazarenos, así como sus grandes dotes compositivas y su interés por el estudio de la luz. En 1858 viaja a Roma, donde aprecia la obra de Rafael y de Velázquez; estudia con modelos del natural y se relaciona con Eduardo Rosales y Vicente Palmaroli. En 1860 se traslada a Marruecos por encargo de la Diputación de Barcelona. Aquí conoce un nuevo mundo de luces y colores que plasma en su obra posterior, obra cercana al impresionismo y que se aleja del detalle en favor de la expresividad. Entre sus seguidores encontramos a su hijo, Mariano Fortuny y Madrazo, y a su cuñado Ricardo Madrazo. En 1989 la Caixa de Pensions celebró una gran retrospectiva de su obra tanto en Madrid como en Barcelona.