Se desconoce el lugar de su nacimiento y su formación musical. Mollier fue primero escudero de la condesa de Soissons aproximadamente desde 1636 hasta la muerte de ella en 1644; fue el patrocinio de la condesa lo que le permitió ingresar en la corte, como bailarín del rey en 1644 y como laudista en 1644. Acompañaba a los cantantes tanto de la Chapelle como de la Chambre y fue el maestro de Luis XIV. Bailó con Lully y el joven rey en casi todos los ballets de cour representados desde 1644 hasta 1665, y colaboró en la composición instrumental de algunos.

Escribió el texto y la música de por lo menos cuatro de ellos (incluyendo “Les Plaisirs troublés”, 1657) y la música (perdida) de dos pequeñas óperas, “Les Amours de Céphale et d'Aurore” (1677) y “Andromède” (1678), antes de verse excluido por el monopolio de Lully. Compuso igualmente la música para las ‘pièces à machine’ interpretadas por los comediantes del Teatro de Marais: “Les amours de Jupiter et de Sémélé” (1666), “Les amours du Soleil” (1671), “Le mariage de Bacchus et d'Ariane” (1672).

Su mayor éxito se produjo el 6 de septiembre de 1656, cuando dirigió la danza y bailó en un ballet presentado ante la Reina Cristina de Suecia del que había escrito texto y música. El mes de febrero siguiente los músicos de la corte intentaron evitar el aumento creciente del poder de Lully en la corte, excluyéndolo de un ballet que presentaron con música de Mollier, pero el plan abortó debido a la música de menor calidad, y Lully se atrincheró más sólidamente. Lully no guardó rencor contra Mollier, que continuó bailando, componiendo airs y acompañando a cantantes con laúd y tiorba.

Desde 1650 hasta su muerte fue maestro de laúd de los niños de la corte; su alumno más importante era el delfín. Desde 1665 a 1673 compuso canciones para el teatro de Marin Marais, y escribió música para dos óperas cuando la ópera reemplazó al ballet de cour como la forma más importante de función de la corte en los años 1670. Según el Nouveau mercure galant (diciembre de 1678), todas las tardes de los jueves en su casa Mollier hacía una presentación de concierto (con Jacquet de la Guerre en el clavicordio) de una pequeña ópera exitosa que se había realizado en el Louvre.

No es seguro si Mollier era pariente de su colega y buen amigo, el dramaturgo Molière, pero es probable que Jean-Baptiste Poquelin haya adoptado su seudónimo por Mollier. Puesto que ambos escribieron poesía al mismo tiempo en la corte, hay alguna dificultad para distinguir entre ellos.

Su hija Marie-Blanche (1644-1733) fue una célebre cantante y bailarina de la corte.