Hijo de Agustín Molina y Francisca González Bruna, nació en la hacienda de Guaraculén (zona del río Maule) en 1740, y falleció exiliado en Bolonia, Italia, en 1829. Su niñez transcurrió en Talca, donde fue educado por los jesuitas. Luego, prosiguió sus estudios en Concepción y Santiago, siempre bajo la tutela de la Compañía de Jesús, orden religiosa a la que finalmente se incorporó en el exilio.

Conseguida la Independencia de Chile, quiso retornar a la hacienda que lo había visto nacer, pero esto no sería fácil.

Las disposiciones del gobierno de O'Higgins se lo impedían y aunque el Senado reparó el error en 1820, su avanzada edad le imposibilitaba viajar. Por ello, rechazó la oferta que personalmente le hiciera en Italia José Ignacio Cienfuegos (1823). En septiembre de 1829, a los 89 años de edad, falleció en una casa que le habían obsequiado sus discípulos.

En 1757, Molina -quien ya se destacaba por sus dotes intelectuales a pesar de sus 17 años de edad- fue nombrado catedrático y bibliotecario de la casa grande de la Compañía de Jesús en Santiago. Su educación había sido prolija para la época, ya que dominaba varios idiomas. En 1767, cuando aún era un "hermano estudiante" debió partir al exilio, junto a los demás miembros de la orden, expulsados por disposición de Carlos III. Siguiendo una ruta que se inició en Valparaíso, pasó por El Callao y por España, y finalmente llegó a Italia, donde se radicó en la ciudad de Imola, donde vivió hasta 1773, cuando se ordenó sacerdote.

Luego de residir en aquella ciudad se trasladó a Bolonia, donde vivió los 55 años que le quedaban de vida. Dedicó su tiempo a las labores sacerdotales y a los estudios de Historia Natural.

En 1782, publicó su obra Saggio sulla Storia Naturale del Chili (Ensayo sobre la Historia Natural de Chile). En ella, estudió aspectos tan diversos como la climatología, botánica, geología, zoología, mineralogía y geografía física del territorio. Su redacción le fue muy difícil, pues no podía acceder al territorio sobre el que escribía, por lo que recurrió a sus recuerdos y a un sinnúmero de informes de distintos viajeros europeos que habían visitado el país.

A esta primera obra le siguió en 1787 otra, titulada Saggio sulla Storia Civile del Chili, que narra los acontecimientos ocurridos en Chile desde la Conquista hasta 1655. Este libro hizo del abate un personaje intelectual, pues fue traducido, estando él en vida, al alemán, inglés, español y francés. Transformado en una personalidad, se incorporó al Instituto Pontificio de Bolonia, uno de los principales centros intelectuales de Italia. Molina fue reconocido como naturalista e incluso fue visitado por el Barón Alexander von Humboldt, el más prestigioso científico alemán de la época.