Va realitzar els seus estudis de llicenciatura i màster a la Universitat de València (UV), abans de doctorar-se en química amb distinció a la Universitat de Georgetown el 1987. Investigador del CSIC des de 1990, va treballar a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) des de 1990 fins a 2007, passant un any sabàtic com a investigador sènior de l'OTAN al Laboratori Nacional d'Energies Renovables a 1998-99. El 2007 es va traslladar a l'antic Centre d'Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) com a cap de grup de laboratori NEO-Energy. Quan el CIN2 es va convertir en l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) el 2013, va passar a ser cap del grup Novel Energy-Oriented Materials Group, dirigint projectes sobre nanoestructures híbrides orgànic-inorgànics, materials nanocompostos per a l'emmagatzematge i la conversió d'energia.

Convertit en Professor d'Investigació del CSIC el 2006, és membre de la Royal Society of Chemistry (Regne Unit) des del 2014 i va ser vicedirector de MATGAS de 2010 a 2014. És autor de més de 200 publicacions científiques en revistes internacionals revisades per parells, i és l'editor científic dels llibres Functional Hybrid Materials (P. Gómez-Romero, C. Sánchez; Wiley-VCH, 2004) i Metal Oxides in Supercapacitors (DP Dubal, P. Gómez-Romero; Elsevier, 2017). També és autor de quatre llibres de divulgació científica premiats: Metaevolución. La Tierra en el espejo (Celeste, 2001), Un planeta en busca de energía (Síntesi, 2007), Creadors de futur (Bromera, 2016) i Nanomundo (Matèria / El País, 2016). En 2017 va rebre el premi CIDETEC d'investigació en electroquímica.