Avant d'entrer à la Llotja en 1893, il étudie dans plusieurs académies de dessin comme celles de Josep Mirabent, de Martínez i Altés et de L. Graner.

À ses débuts, il publie dans le quotidien La Vanguardia des dessins qui seront très populaires; ses premières toiles, jusqu'en 1896 environ, sont lumineuses et éclatantes de couleurs.

Après un séjour à Caldes de Boí, avec les peintres R. Canals et J. Vallmitjana, il commence à s'intéresser aux malheureux, aux idiots, aux miséreux. Il expose les oeuvres de cette période au Saló de La Vanguardia, ainsi qu'à Paris -où il séjournera deux fois, la première entre 1897 et 1898 et la seconde entre 1898 et 1900, partageant un atelier avec Picasso- au Salon du Champ de Mars. Mais le succès viendra plus tardivement dans la capitale française même si, vivant à Barcelone, il y expose tous les ans au Salon des indépendants et y bénéficie d'un bon accueil.

Il est l'un des membres de la Colla del Safrà dont il a été le leader.

À Barcelone, il expose seul à la taverne Els Quatre Gats (Montsió, 3 bis) en 1898 et, peu après, en 1902, de nouveau à la Salle Parés (Petritxol, 5), où il montre une série de toiles représentant des gitanes et des êtres tristes et désespérés (Misèria [Misère], 1904; fonds MNAC; Repòs, 1904; fonds MNAC), thème qu'il déclinera sans cesse jusqu'en 1907, bien que sa palette s'éclaire quelque peu avec les dernières oeuvres de cette période. (Estudi [Étude], 1908; fonds MNAC, ou Figura ajaguda [Figure assise], 1908; fonds MNAC). Les expositions présentées à Barcelone n'auront pas plus de succès auprès du public que de la critique, et Nonell n'aura guère de succès en tant que peintre, en raison des thèmes qu'il choisit et du style postimpressionniste et expressionniste, très proche des courants européens, dans lequel il les traite.

Les dernières années, il se consacrera au dessin satirique de la société et de l'église pour la revue Papitu.

Il est remarqué pour la première fois lors d'une grande exposition qu'il donne au Faianç Català (Gran Via de les Corts Catalanes, 615; disparu) en 1910, où il présente des oeuvres brossées d'un pinceau plus léger, et moins de dramatisme dans le traitement du sujet (Solitud [Solitude], 1910; fonds MNAC, ou Natura morta amb cebes i arengada [Nature morte aux oignons et au hareng], 1910; fonds MNAC).