Nació en 1905 en la ciudad de México. Estudió Arquitectura en la Academia de San Carlos y en la Facultad de Arquitectura de la Universidad Nacional Autónoma de México, donde se graduó. Posteriormente, decidido a ampliar en lo posible los conocimientos técnicos que le parecían necesarios para su actividad profesional, optó por la ingeniería como complemento a su formación. Aunque en un principio la pintura no era su actividad principal, pues ésta sólo llenaba sus momentos de ocio, se convirtió de a poco en su ocupación habitual.

Bajo la influencia de Le Corbusier, se convirtió en un arquitecto destacado y ayudó a introducir a México la arquitectura funcionalista. En una etapa posterior, recibió la influencia de Frank Lloyd Wright y su arquitectura orgánica. A lo largo de su carrera fue profesor en el Instituto Politécnico Nacional donde creó la carrera de Ingeniero Arquitecto.

En su carrera como arquitecto, trabajó en grandes proyectos tales como el nuevo edificio del Banco de México, participó en la urbanización del Pedregal de San Ángel, donde construyó su propia casa, considerada como una verdadera obra de arte que, lamentablemente, fue demolida posteriormente. En la zona del San Ángel, O'Gorman diseñó y construyó en 1931-1932 el Museo Casa Estudio Diego Rivera y Frida Kahlo para ambos artistas, de hecho, la amistad con Diego Rivera produjo una influencia notable en su obra. Juan O'Gorman diseñó y construyó 26 escuelas primarias en la Ciudad de México.

Como pintor, destacan las obras donde plasmó en espacios públicos pasajes históricos y hechos diversos bajo un estilo particular, donde agrupaba en un momento personajes y hechos relacionados al tema de la obra, como lo hizo en los muros del Museo Nacional de Historia en el Castillo de Chapultepec, en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México con La conquista del aire por el hombre o en el mural El crédito transforma a México recién trasladado a la Torre HSBC.

Dentro de su obra pictórica, destaca por su creatividad, técnica constructiva y dimensiones, los murales de cuatro mil metros cuadrados que recubren los cuatro vanos del edificio de la Biblioteca Central de la Ciudad Universitaria de la UNAM. Estos murales fueron hechos con millones de piedras de colores obtenidas a lo largo y ancho de la República Mexicana. El lado norte representa el pasado prehispánico y el sur el colonial, mientras que el muro oriente el mundo contemporáneo y el poniente la universidad y el México actual

Fue miembro de la Academia de Artes. Falleció el 18 de enero de 1982 en la ciudad de México.