Après des études d'architecture à l'école de Paris-La Défense dans les ateliers de Georges-Henri Pingusson puis de Marcel Lods, et d'histoire de l’art avec Alain Erlande-Brandenburg, Jacques Moulin est diplômé du Centre d'études supérieures d'histoire et de conservation des monuments anciens (école de Chaillot) en 1983, puis remporte le concours d'architecte en chef des Monuments historiques en 1984 avec une thèse sur l'église des Arts et Métiers à Paris.
Jacques Moulin est professeur à l'école d'architecture de Paris-La Défense de 1986 à 1994. En 2009, Jacques Moulin et trois confrères architectes en chef des Monuments historiques, Christophe Batard, Christophe Bottineau et Frédéric Didier, s'associent pour former l'agence 2BDM Architectes. Il a été président de la Compagnie des architectes en chef des monuments historiques.
En 2005 il est lauréat d'une mention du prix européen d'architecture Philippe Rotthier pour le chantier expérimental du château fort de Guédelon et la restauration de Provins, Brie-Comte-Robert et Blandy-les-Tours.
C'est un représentant d'un courant très interventionniste dans la restauration du patrimoine, se réclamant de Viollet-le-Duc. Plusieurs de ses restaurations ont ainsi fait l'objet de controverses : c'est notamment le cas pour le château de Chamerolles et du château de Blandy-les-Tours ou, par la suite, sa restauration du château de Fontainebleau et particulièrement du quartier Henri IV, en raison de ses choix du traitement de la façade.