Ciego de nacimiento, comenzó a tocar el piano desde su infancia, influido por una familia de gran vocación musical. Su padre, músico de la Banda Municipal de Barcelona y de la orquesta del Gran Teatre del Liceu de la ciudad y su madre, gran entusiasta de la música de jazz, fueron determinantes en su vocación.^[3]​

La audición constante de programas de Radio España en los que sonaba música de jazz, la adquisición de discos del género en tiendas especializadas de Barcelona, donde pasaba largas horas escuchando música y su habilidad para trasladar al piano el jazz tradicional que escuchaba, hizo que, a los 11 años, comenzara a recibir clases particulares de la prestigiosa pianista Petri Palou — heredera directa de la escuela de Enrique Granados— con la que aprendió mucho sobre técnica y digitación, superando errores de una formación inicialmente autodidacta.^[4]​

A los 16 años ingresó en el Conservatorio Municipal de Barcelona, donde finalizó sus estudios clásicos, si bien nunca abandonó sus encuentros con la que reconoció como su verdadera maestra , Petri Palou, una pianista particular a la que siempre rindió agradecimiento. Concluyó sus estudios superiores de piano al ser consciente de que la técnica clásica le dotaría de las herramientas necesarias para poder tocar mejor la música que realmente quería interpretar, el jazz.^[4]​ De hecho, Montoliu procuró mantener a lo largo de toda su vida, un equilibrio entre los conocimientos de jazz y la formación que aportaba el conservatorio.^[5]​

Se inició en el mundo del jazz atraído por la música de Art Tatum, otro gran pianista ciego con el que entabló una relación de amistad y Earl Hines.

Su trayectoria profesional comenzó en mayo de 1954, como pianista de la orquesta del bolerista venezolano Lorenzo González. En el Hot Club de Barcelona,^[6]​ donde tocó con frecuencia con el saxofonista Don Byas, conoció a Lionel Hampton, que lo incorporó a una grabación suya en 1956. En 1958 actuó por primera vez fuera de España, en Cannes, acompañado por Art Taylor y Doug Watkins.

En los años 1960, tocó con frecuencia en Berlín, junto a Albert Mangelsdorff, a Chet Baker, a Sahib Shihab, y a Herb Geller, así como en Copenhague, junto a Dexter Gordon, Archie Shepp, Kenny Dorham y Roland Kirk, entre otros. En 1967, grabó con Richard Davis y Elvin Jones, en los Estados Unidos, para Impulse! (aunque dichas grabaciones no llegan a editarse en álbum) y, ya de vuelta a Europa, publicó varios discos como acompañante y como director.

Volvió a Estados Unidos en dos ocasiones (1979 y 1980), y trabajó con Bobby Hutcherson, con Ben Webster, con Lucky Thompson, con Anthony Braxton y con George Coleman, con quienes también realizó diversas grabaciones. También tocó con músicos como Chick Corea, Paquito D'Rivera, Stan Getz y Stéphane Grappelli. En el ámbito español, realizó un gran número de sesiones junto a Núria Feliu, o con su inseparable trío: el formado con contrabajista Horacio Fumero.^[7]​

Recibió numerosos premios y reconocimiento, también de instituciones públicas. Así, en 1983 recibió la Cruz de San Jordi, distinción otorgada por la Generalitat de Catalunya:"por la ejemplaridad de una vida dedicada a la música y por haber conseguido con su esfuerzo y desde Cataluña una gran categoría y proyección internacional en la interpretación del jazz".^[8]​ El mismo año recibió la medalla de oro al mérito artístico del Ayuntamiento de Barcelona, "Como público reconocimiento por su aportación al mundo de la música, especialmente en el ámbito del jazz, y como homenaje a su relevante personalidad internacionalmente reconocida y admirada".^[9]​

Falleció el 24 de agosto de 1997 en el Hospital Clínico de Barcelona, a los sesenta y cuatro años, víctima de un cáncer de pulmón.

Tras su muerte, la Sociedad General de Autores y Editores (SGAE) creó en 1999 la Bienal SGAE de Jazz Tete Montoliu, convocando actividades y premios relacionados con el género jazz con el fin de mantener viva la figura del pianista catalán.^[10]​

Desarrolló su forma de tocar partiendo de la influencia de Bud Powell y, en menor medida, de Lennie Tristano,^[11]​ aunque logró un estilo personal, percusivo, repleto de swing y muy bluesy, que lo convirtieron en la figura más internacional del jazz español, y en un acompañante reclamado por las figuras estadounidenses de paso por Europa. Su papel en la escena española fue similar al de Martial Solal en la francesa.

• 1965: A Tot Jazz (Concèntric)
• 1965: A Tot Jazz/2 (Concèntric)
• 1966: Tete Montoliu Presenta Elia Fleta (Concèntric), con Elia Fleta
• 1968: Piano for Nuria (SABA)
• 1969: Tete Montoliu interpreta a Serrat (Discophon)
• 1970: Lliure Jazz (Discophon)
• 1971: Body & Soul (Enja)
• 1971: That's All (SteepleChase, 1985)
• 1971: Lush Life (SteepleChase, 1986)
• 1971: Songs for Love (Enja, 1974)
• 1971: Recordando a Line (Discophon)
• 1973: Temas Hispanoamericanos (Ensayo)
• 1974: Catalonian Fire (SteepleChase)
• 1974: Music for Perla (SteepleChase)
• 1974: Tete! (SteepleChase)
• 1974: Vampyria (BASF), con Jordi Sabatés
• 1976: Tête à Tete (SteepleChase)
• 1976: Tootie's Tempo (SteepleChase, 1979), con Albert "Tootie" Heath
• 1976: Words of Love (SteepleChase, 1978)
• 1977: Blues for Myself (Ensayo)
• 1977: Meditation (Timeless), con George Coleman
• 1977: Yellow Dolphin Street (Timeless)
• 1977: Secret Love (Timeless)
• 1977: Boleros (Ensayo)
• 1978: Catalonian Folksongs (Timeless)
• 1979: Al Palau (Zeleste-Edigsa)
• 1979: Live at the Keystone Corner (Timeless, 1981)
• 1979: Lunch in L.A. (Contemporary)
• 1980: Boston Concert (SteepleChase)
• 1980: I Wanna Talk About You (SteepleChase)
• 1980: Catalonian Nights Vol. 1 (SteepleChase, 1981) con Albert "Tootie" Heath y John Heard
• 1980: Catalonian Nights Vol. 2 (SteepleChase, 1985) con Albert "Tootie" Heath y John Heard
• 1980: Catalonian Nights Vol. 3 (SteepleChase, 1998) con Albert "Tootie" Heath y John Heard
• 1982: [Face to Face (SteepleChase, 1984) con Niels-Henning Ørsted Pedersen
• 1984: Carmina (Jazzizz)
• 1986: The Music I Like to Play Vol. 1 (Soul Note)
• 1986: The Music I Like to Play Vol. 2 (Soul Note, 1989)
• 1988: Orquestra Taller de Músics de Barcelona amb Tete Montoliu (Justine)
• 1989: New Year's Morning '89 (Fresh Sound Records|), con Peter King (Alfa Records)
• 1992: Music for Anna (Mas i Mas)
• 1995: Per sempre, Tete (DiscMedi)
• 1995: Tete en la Trompetilla: En Vivo (SRP Discos)
• 1995: Tete Montoliu en el San Juan (Nuevos Medios)
• 1996: Montoliu Plays Tete (DiscMedi)
• 1996: T'Estimo Tant (DiscMedi)
• 1997: Palau de la Musica Catalana (DiscMedi)
• 1997: Momentos inolvidables de una vida (Fresh Sound)
• 2005: Jazz en España (Rtve)

Con Pilar Morales

• Tete Montoliu y su conjunto Tropical. Disco Columbia ECGE 70242 QE837-8 (1956)
• Tete Montoliu y su conjunto Tropical. Disco Columbia ECGE 70243 QE835-6 (1956)
• Tete Montoliu y su Conjunto. Disco Philips 421 262 PE (1957)

Con Anthony Braxton

• In the Tradition (SteepleChase, 1974)
• In the Tradition Volume 2 (SteepleChase, 1974 [1977])

Con Núria Feliu

• Núria Feliu with Booker Ervin (Edigsa, 1965) con Booker Ervin

Con Dexter Gordon

• Cheese Cake (SteepleChase, 1964 [1979])
• King Neptune (SteepleChase, 1964 [1979])
• I Want More (SteepleChase, 1964 [1980])
• Love for Sale (SteepleChase, 1964 [1981])
• It's You or No One (SteepleChase, 1964 [1983])
• Billie's Bounce (SteepleChase, 1964 [1983])
• Bouncin' with Dex (SteepleChase, 1976)

Con Duško Gojković

• After Hours (o Ten To Two Blues, Enja, 1971)

Con Eddie Harris

• Steps Up (SteepleChase, 1981)

Con Rahsaan Roland Kirk

• Kirk in Copenhagen (Mercury, 1963)
• Dog Years in the Fourth Ring (32 Jazz, 1997)

Con Charlie Mariano

• It's Standard Time Volume 1 (Fresh Sound)
• It's Standard Time Volume 2 (Fresh Sound)

Con Jordi Sabatés

• Tot l'Enyor de Dema (Edigsa, 1976)

Con Archie Shepp y Lars Gullin<ref>Lars Gullin (Lars Gunnar Victor Gullin, 1928 - 1976): músico sueco de jazz, especializado en el saxo barítono.

• The House I Live In (SteepleChase, 1963 [1980])

Con Buddy Tate

• Tate a Tete (Storyville, 1975)

Con Lucky Thompson

• Soul's Nite Out (Ensayo, 1969)

Con Ben Webster

• Ben Webster Meets Don Byas (MPS, 1968) con Don Byas
• Ben Webster in Hot House (Hot House, 1972 [1979])
• Gentle Ben (Ensayo, 1972)

• CARLES, Phillipe; CLERGEAT, André & COMOLLI, Jean-Louis: Dictionaire du jazz . Robert Laffont Edt, París, 1988. ISBN 2-221-04516-5
• Jurado, Miquel: "Tete, casi autobiografía". Fundación Autor, Madrid 2005.
• Jakupi, Gani y Miquel Jurado: "Montoliu plays Tete" (cómic biográfico´+ 2 CD con composiciones del propio Montoliu). Discmedi, Barcelona 2005 (versiones castellana, catalana, francesa e inglesa).
• Pons Macias, Pere : 'Round about Tete: Una mirada coral a la vida y obra de Tete Montoliu. LIBROS DEL KULTRUM, 2023. ISBN 978-8418404399

• Tete Montoliu en el Recuerdo: Tete en la Historia del Club de Música y Jazz San Juan Evangelista de Madrid
• Discografía de Tete Montoliu en Jazz Discography
• Encuentro entre Enrique Morente y Tete Montoliu, por Ricardo Aguilera
• Tete Montoliu, ediciones del 1 y del 8 de agosto de 1986 del programa de La 2 (TVE) Jazz entre amigos, con Juan Claudio Cifuentes: 1; 2.
• Tete Montoliu en Internet Movie Database (en inglés).