Fill de Plàcid de Montoliu i de Sarriera i germà de Manuel de Montoliu. Feu estudis de dret i es dedicà bàsicament a l’urbanisme com a funcionari de l’Ajuntament de Barcelona. Fou l’introductor del pensament i de la pràctica de l’urbanisme anglosaxó del segle XIX, fonamentats en l’anàlisi organicista de les ciutats i marcats pel reformisme del socialisme municipal de John Ruskin. El seu ideari queda definit a Institucions de cultura social (1903). Fou bibliotecari del Museu Social de Barcelona (1908), promogué la creació de la Societat Cívica de la Ciutat Jardí (1912), de la qual fou secretari general, i dirigí la revista Civitas (1914-19). Impulsà la celebració de l’Exposició de Construcció Cívica i Habitació Popular i del I Congrés Catalanobalear de l’Habitatge Popular.
És autor de John Ruskin (1901), La ciudad jardín (1912) —resum de l’obra d’Ebenezer Howard i de la Town Planning Act— i la seva continuació La cooperación en el movimiento de las ciudades jardín (1914), i de les obres teòriques Las modernas ciudades y sus problemas a la luz de la Exposición Cívica de Berlín (1913) i El sistema Taylor y su crítica (1916). Col·laborà a L’Avenç, La Veu de Catalunya, Catalunya (1903-05), El Poble Català, Futurisme (1907), D’Ací i d’Allà, Estudio i Museum i dirigí la revista Universitat Catalana (1904).
Com a bon coneixedor del món anglosaxó, en fou un dels principals difusors durant el Modernisme. N’és un exemple la seva tasca de traductor per a la “Biblioteca Popular de L’Avenç” de La confiança en si mateix i L’amistat d’Emerson (1904), Macbeth de Shakespeare (1908) i Fulles d’herba de Whitman (1909). Ja abans havia traduït dos llibres de Ruskin (Fragments, 1901, i Natura, 1903) i textos de Dante Gabriel Rossetti a la revista Pèl & Ploma (1901). També en aquesta línia el 1913 publicà l’estudi Walt Whitman. L’home i sa tasca. A causa, en bona part, de la poca incidència de les seves idees, el 1920 s’expatrià als Estats Units, on exercí de professor d’urbanisme a la Universitat de Fairhope.