Swoją karierę zaczął w klubie Albacete, w 1995 przeszedł do Realu Saragossa, a w 1997 trafił do Realu Madryt; pozostawał formalnie zawodnikiem Realu do stycznia 2005, ale w 2004 został na rok wypożyczony do francuskiego AS Monaco. Przyczynił się do wyeliminowania przez AS Monaco Realu Madryt z Ligi Mistrzów, strzelił łącznie 9 bramek w edycji 2003/2004 tych rozgrywek. Monaco dotarło do finału, ulegając FC Porto. W styczniu 2005 Morientes został zawodnikiem Liverpool F.C.. Po roku, który był niezbyt udany dla piłkarza, został sprzedany przez Liverpool i od sezonu 2006/2007 reprezentuje barwy hiszpańskiej Valencii CF.

W Realu był początkowo czołowym napastnikiem, później jego rola ograniczała się najczęściej do bycia zmiennikiem Brazylijczyka Ronaldo. Miał jednak swój udział w wielu sukcesach madryckiego klubu – mistrzostwie Hiszpanii 2001 i 2003, zdobyciu Superpucharu Hiszpanii 1997 i 2001, triumfach w Lidze Mistrzów 1998, 2000, 2002, zdobyciu Pucharu Interkontynentalnego 1998 i 2002 oraz Superpucharu Europy 2002.

Morientes zaliczył wiele występów w reprezentacji Hiszpanii. Brał udział w finałach Mistrzostw Świata w 1998 (strzelił 2 gole) i 2002 (strzelił 3 gole) oraz finałach Mistrzostw Europy 2004.