Nacido en el seno de una familia de artesanos, su vocación se dirigió tempranamente hacia el arte y se esforzó durante sus primeros años de colegio, en los que compartió un aula con Joaquín Mir (1873-1949). Tras pasar por varias academias y escuelas, se matriculó en 1893 en la escuela de Llotja, donde conoció a Joaquín Torres Gracia (1874-1949), Joaquim Sunyer (1874-1957) y Ricard Canals (1876 – 1931). Por entonces comenzó también a introducirse en los círculos artísticos de Barcelona y a iniciar su actividad expositiva, además de colaborar en el diario La Vanguardia con dibujos de tipos y escenas populares. Realizó dos viajes a Paris, uno entre 1897 y 1898, acompañado de Canals, y otro en solitario entre 1899 y 1900; después no regresaría jamás a la capital del Sena. Durante sus estancias en esta ciudad aprovechó para formarse en academias, ver pintura y exponer sus obras tanto en los Salones como en alguna Galería, entre ellas, Le Barc de Boutteville y en la sala del prestigioso marchante Ambroise Vollard.

A su vuelta Barcelona realizó dos muestras individuales (1902 y 1903) en la sala Parés aunque con poco éxito. A su presentación barcelonesa siguieron años de penuria, en los que tan solo presentó sus cuadros en exposiciones colectivas y realizó ilustraciones en la revista Papitu. En 1910 se celebró en las Galeries del Faianç Catalá de Barcelona su primera exposición individual en siete años, esta vez, con gran éxito de la crítica, público y ventas, sin embargo el triunfo le llegó tarde, pues falleció al año siguiente, víctima del tifus. Ese mismo año las Galeries de Faianç Catalá le dieron una exposición póstuma, consolidándose Nonell como uno de los grandes artistas de su generación.