Родился в Шайо (предместье Парижа) 19 января 1786 в семье учителя верховой езды; дед его был инженером. Поступил в Королевскую школу архитектуры (1806), однако вынужден был несколько раз прерывать учебу ради службы в наполеоновской армии. Окончательно оставив воинскую службу после отречения Наполеона (1814), работал в генеральной инспекции архитектуры Парижа. В тот же год, во время пребывания Александра I во французской столице, поднес русскому императору папку своих проектов. Приглашенный в Россию, с 1816 жил в Петербурге в качестве придворного архитектора.

Руководя работами по перестройке Исаакиевского собора (1818–1858), Монферран сумел в полной мере развернуть свои способности художника. В упорной борьбе с интригами зодчих-конкурентов он преодолел первоначальные технические ошибки, в итоге возведя по сути новое здание, поражающее своей гармонически-соразмерной грандиозностью. Историзм проявился в умении мастера сочетать приемы разных стилей – ренессанса, барокко, классицизма – ради достижения общего величественного эффекта. Он украсил центр Петербурга и другим монументальным памятником, еще более художественно-цельным, – Александровской колонной, возведение которой в центре Дворцовой площади (1829–1834) завершило ее ансамбль. Созданная в память победоносного окончания Отечественной войны, она стала самым большим в мире колонной-монументом, сочетающим монолитный массив темно-красного гранита с бронзовым скульптурным убранством.

Монферран спроектировал и ряд других зданий для северной столицы (дворцы Лобанова-Ростовского, 1817–1820, а также Демидова и Гагариной, 1834–1846, близ Исаакиевской площади; и др.). В 1850-е годы руководил строительством комплекса Нижегородской ярмарки; из этих зданий лучше всего сохранился Спасский собор, своей центрической композицией и декором восходящий к образам древнерусского зодчества.

Умер Монферран в Петербурге 28 июня (10 августа) 1858.