Format al restaurant familiar, Can Roca, i a l’Escola d’Hostaleria i Turisme Sant Narcís de Girona (de la qual ha estat professor entre el 1986 i el 2006 i subdirector entre el 1988 i el 1992), ha exercit professionalment als restaurants El Bulli, de Ferran Adrià, El Racó de Can Fabes, de Santi Santamaria, Georges Blanc (Vonnas, Ain) i La Galvia (Mèxic DF). Des del 1986 és al capdavant del seu restaurant, El Celler de Can Roca, a Girona, juntament amb els seus germans, Josep Roca i Fontané (Girona, 1966) i Jordi Roca i Fontané (Girona, 1978). L’empresa familiar disposa també d’altres locals de restauració: el restaurant Moo de l’Hotel Omm de Barcelona, l’Espai Marroch, en una masia restaurada del segle XV a Vilablareix (Gironès) i les gelateries Rocambolesc a Girona, Platja d’Aro (Baix Empordà), Barcelona i Madrid, entre d’altres.
Tanmateix, és amb el Celler de Can Roca que l’empresa familiar s’ha consolidat com un dels primers referents internacionals de l’alta cuina. L’establiment ha guanyat, entre d’altres, el Diploma al Mèrit Turístic de la Generalitat de Catalunya (1991), la Placa Gastronòmica Ciutat de Girona (1992), el Volcanet d’Or de l’Associació Gastronòmica de la Garrotxa i el Timó d’Argent de l’Associació Gastronòmica del Baix Empordà (2002), i ha obtingut en tres ocasions estrelles Michelin (una el 1995, dues el 2002 i tres des del 2009). Els anys 2011, 2012 i 2018 la revista gastronòmica Restaurant nomenà El Celler de Can Roca segon millor restaurant del món. El 2013 i el 2015 el situà com el primer i el 2017, tercer.
A títol individual ha guanyat, entre d’altres, el primer premi del Concurs de Cuina de Catalunya (1993), el premi Bidasoa al millor cuiner jove de l’any (1996), el Premio Nacional de gastronomia al millor cap de cuina de l’any per l’Academia Española de Gastronomía (2000), el premi al millor cuiner de l’any per la guia Lo mejor de la gastronomía, de Rafael García Santos (2004), el títol de doctor honoris causa per la Universitat de Girona (2010) i el primer premi The Best Chef Awards (2017, 2018), atorgats als 300 millors cuiners del món. Ha publicat La cocina al vacío (2003, amb Salvador Brugués), La cuina de la meva mare. Les millors receptes de la cuina catalana de tota la vida (2006), Deu menús per a un concert (2011), El Celler de Can Roca (2013, amb els seus germans Josep i Jordi) i Cuina amb Joan Roca (2014).
El seu germà Josep rebé el 2010 el Premi Nacional i Memorial de Gastronomia al millor sommelier. El gener del 2016 els germans Roca reberen el títol d’ambaixadors de bona voluntat del Programa de les Nacions Unides per al Desenvolupament (PNUD) i el 2020 la Creu de Sant Jordi.