Né à Saint-Mandé peu de temps avant la fin de la Seconde Guerre mondiale, Jean-Luc Moreau se forme au Conservatoire national supérieur d’art dramatique, où il décroche à l’unanimité les premiers prix de comédie classique et moderne.

Surdoué, il intègre la Comédie-Française de 1969 à 1972, mais quitte la maison de Molière pour voler de ses propres ailes. S’il met en scène plus de 85 pièces, il s’illustre également au cinéma et à la télévision.

Ainsi, il apparaît une première fois dans Que la fête commence … de Bertrand Tavernier (1975) puis dans L’École est finie (1979) avant qu’il ne s’impose dans des films comme Eaux profondes (1981) Flics de choc (1983) ou Le Passage (1986) aux côtés d’Alain Delon.

Dans sa vie privée, l’acteur rencontre la comédienne Catherine Morin avec qui il a quatre enfants dont David Moreau, réalisateur de 20 ans d’écart. Il a ensuite une fille avec Agathe Bergman puis deux autres enfants avec Mathilde Penin.

Très présent sur le petit écran également, Jean-Luc Moreau tourne dans de nombreux téléfilms, parmi lesquels Les Rois maudits (1972-1973) Marie Curie, une femme honorable (1991) ou L’Épreuve (1982).

Il réalise également La Vie des autres en 1980 et plusieurs épisodes de la série culte H, diffusée à la fin des années 1990, où il explore un ton comique.

À cette époque, chaque année depuis 1987, il est le metteur en scène de la Cérémonie des Molières, pendant une dizaine d’années. D’ailleurs, il monte lui-même sur les planches, alternant entre pièces classiques et modernes.

Après un roman en 2013, J’y étais (Lafon) et pléthore de projets, l'artiste multi-casquette met en scène en 2025 Les Grands Ducs de Patrice Leconte et Serge Frydman au théâtre de Passy.