Né à La Celle-Saint-Cloud, près de Paris, Monteux a été formé comme violoniste avant de se tourner vers la direction orchestrale à l'âge adulte. Il a fait ses débuts en tant que chef d'orchestre avec les Concerts Colonne en 1905, et a rapidement acquis une réputation pour son interprétation dynamique des grandes symphonies romantiques et classiques.
En 1906, Monteux a été engagé par le Théâtre Lyrique de Boston comme chef d'orchestre en résidence, où il a travaillé pendant huit ans avec les compositeurs français de premier plan, notamment Claude Debussy et Gabriel Fauré. Il a également dirigé l'Orchestre Symphonique de Boston à plusieurs reprises, y compris lors d'une série de concerts en 1908 qui ont été une révélation pour le public américain.
En 1914, Monteux a rejoint les Concerts Stravinsky comme premier chef invité et a dirigé la première représentation américaine de "Le Sacre du Printemps". Il a également travaillé avec l'Orchestre Symphonique de Boston pendant plusieurs années en tant que chef invité.
En 1924, Monteux a fondé le Festival Stravinsky aux États-Unis, qui est devenu le festival musical d'été le plus prestigieux au monde : le Festival Pierre Monteux à Hancock, dans le Maine. Il y a enseigné et dirigé pendant près de 30 ans.
Monteux est également connu pour son travail avec les compositeurs Stravinsky, Ravel et Prokofiev. Il a dirigé la première mondiale d'une dizaine de leurs compositions importantes, dont "L'oiseau de feu", "Le Sacre du Printemps" et "Les Noces".
Monteux a été honoré pour sa contribution au monde de la musique par de nombreuses institutions prestigieuses. Il est mort à Paris en 1964, à l'âge de 88 ans. Sa carrière a eu une profonde influence sur le développement du mouvement moderne dans la musique classique et il reste un modèle pour les chefs d'orchestre de tous les temps.