Hijo de Agustín Moreto, de ascendencia italiana y dedicado al comercio, y de doña Violante Cavana, matrimonio de posición desahogada. Fue el sexto de nueve hermanos. Estudió en Alcalá de Henares desde 1634 hasta 1637 y se graduó en Artes el 11 de diciembre de 1639. En ese año ya había apuntado como lírico escribiendo una elegía por la temprana muerte del dramaturgo Juan Pérez de Montalbán. Por entonces componía además piezas teatrales breves, como el entremés El poeta y obras en colaboración, como Tanto hagas cuanto pagues, atribuida a Lope de Vega, Moreto y Francisco de Rojas Zorrilla y La renegada de Valladolid, junto a Luis Belmonte Bermúdez y Antonio Martínez de Meneses. En este primer periodo de su producción dramática (1637-1654) colaboró primero con varios ingenios al menos en dieciséis comedias y luego, entre 1644 y 1654, compuso otras tantas en solitario. Unas treinta y dos comedias son de esta primera etapa de su producción.
En 1642 se ordenó clérigo de menores y obtuvo un beneficio simple servidero en Santa María Magdalena, iglesia parroquial de Mondéjar (Guadalajara), aunque era de la (diócesis de Toledo) y siguió viviendo en Madrid; el 26 de enero de 1643 falleció su padre; todavía estaba en la capital cuando se publicó la Primera parte de sus comedias en 1654, entre ellas la célebre El desdén, con el desdén. Estos años, hasta 1656, constituyen su periodo de mayor actividad teatral como empresario y dramaturgo, especialmente entre los años 1637 y 1654, junto con los autores de las compañías más célebres de la primera mitad del siglo XVII como Antonio García de Prado, Sebastián de Prado, Gaspar Fernández de Valdés, Juan Vivas o Diego Osorio, entre otros. Con fama de buen adaptador de comedias antiguas, Moreto es descrito por el famoso Vejamen de Jerónimo de Cáncer "(re)escribiendo comedias viejas", y al menos en 1649 formaba parte de la Academia Castellana de la que era secretario este amigo y colaborador suyo, Jerónimo de Cáncer. Entre 1655 y 1664 compone la mayor parte de sus loas, entremeses y bailes representados, sin que fuera obstáculo su ordenación sacerdotal hacia 1657.
En este año entra a servir como capellán al arzobispo de Toledo, Baltasar de Moscoso y Sandoval, quien ya había sido ocasionalmente su mecenas. Éste le dio además en 1657 otro beneficio en el Refugio y Hospital de San Nicolás, en Toledo, una institución para cuidar a pobres y abandonados, por lo que tuvo que marchar a Toledo y vivir ahí hasta su muerte. A pesar de todo, todavía logró encontrar tiempo para seguir escribiendo y estrenar otras obras, aunque con menor frecuencia, y para viajar ocasionalmente a Madrid. En 1557 estuvo además en Sevilla, donde compuso las loas e intermedios para el Corpus Christi. Murió el 28 de octubre de 1669 y fue enterrado en la capilla de la Escuela de Cristo, en la Parroquia de San Juan. En su testamento indicó que dejaba todos sus bienes a los pobres. En 1679 apareció póstuma la Segunda parte de sus comedias.
Agustín Moreto dejó un corpus de unas cuarenta comedias escritas en solitario, una veintena en colaboración con otros dramaturgos y treinta y cinco loas, entremeses y bailes dramatizados.
