Hijo y nieto de pintores, desde su infancia su futuro se orientó hacia el arte de la pintura, que estudió desde 1785 en la Academia de San Carlos. Sus grandes dotes como dibujante enseguida le granjearon varios premios académicos, y propiciaron su viaje a Madrid como pensionado en la Academia de San Fernando. En la corte recibió influencias del estilo de Anton Raphael Mengs, Francisco Bayeu, Mariano Salvador Maella, Gregorio Ferro y Luis Paret, que supo aunar con la formación tardobarroca que recibió en València, con un extraordinario dominio del dibujo y una notable capacidad para la composición. En Madrid cosechó algún premio académico, que le sirvió para que a su vuelta a València en 1793 le encargasen numerosos trabajos, principalmente cuadros y frescos religiosos. Durante la visita de Carlos IV a la ciudad en 1802, López le hizo un retrato alegórico cuya calidad animó al rey a nombrarlo pintor de cámara. El artista permaneció unos años más en València, dedicado a la copia, por encargo real, de originales de la escuela local del siglo XVI y XVII que iban a ser enviados a las colecciones de palacio. En 1815 el nuevo rey le confirmó en su cargo de pintor de cámara y lo reclamó para la corte. A partir de entonces, y hasta su muerte, se convirtió en una de las figuras fundamentales del panorama artístico español, en el que sobresalió no solo por la importancia de sus encargos, sino también por su intervención en destacadas empresas de carácter oficial y administrativo. Así, fue nombrado director de Pintura de la Academia de San Fernando en 1819, dirigió la Escuela Real de Pintura y jugó un papel fundamental en la formación y organización del Museo del Prado, del que fue su primer director artístico.

Su catálogo es muy variado: en el caso de las pinturas ronda las 900 piezas y se compone de obras de tema religioso tratadas con un estilo todavía deudor del barroco tardío y del neoclasicismo, algunos cuadros y frescos de carácter alegórico realizados para residencias reales y templos, y un numeroso grupo de retratos cuyos modelos son principalmente los miembros de la familia real, grandes nobles y altos funcionarios del Estado. Algunos de ellos, como el de Goya (Museo del Prado, Madrid), revelan una gran capacidad de penetración psicológica, y todos destacan por su verismo, por su precisión dibujística, por su capacidad para reproducir las texturas de las telas y por el mimo y detalle con que se entretiene en la plasmación de los elementos accesorios del ropaje. También realizó un destacado número de dibujos destinados a ser grabados, principalmente para ilustraciones de libros. Se conocen más de 500 dibujos y cerca de 300 estampas basadas en sus diseños.

Gracias a la versatilidad y la calidad de su obra fue considerado el mejor artista español de su generación, y la calidad y cantidad de retratos convierten su catálogo en uno de los principales instrumentos a través de los cuales es posible asomarnos a los ideales, las ambiciones y las expectativas de la sociedad española de la primera mitad del siglo XIX, especialmente en lo que se refiere a los ámbitos oficiales.