Réputé pour ses silhouettes au long cou, peintre et affichiste prolifique, il a consacré son art à l'image de la femme sensuelle, espiègle et coquette.
Petit cousin de Toulouse-Lautrec, qu'il a rencontré, fils d'une famille aisée, Domergue affirme avoir reçu tout jeune des leçons de Degas. Pourtant, cet élève de Tony Robert-Fleury et François Flameng semble plutôt promis à une carrière de paysagiste. D'ailleurs, comme Arthur Gué, il a débuté au Salon des Artistes Français en 1906. Fréquentant Royan en saison, il choisit de saisir quelques scènes jouées par son sujet favori : la femme. Des petits formats exécutés sur le sable de la plage de la Grande Conche en 1908, Personnages Sur la Plage et Royan 1908, donnent à voir, dans une ambiance intemporelle, déconnectée, une scène de salon sur le sable. Les tenues chamarrées apportent à la toile au fond bicolore, des touches franches et gaies. La même femme semble avoir servi de modèle sur les deux livres, reconnaissable par sa tenue rouge. En 1911, Domergue reçoit le Prix de Rome puis, par la suite, choisit une carrière de peintre mondain, à l'instar de Maresté. Il crée alors le type de la Parisienne au long cou gracile, au regard de biche effarouchée, qui lui apporte la richesse et la célébrité. Le succès venu, il quitte Montmartre, où il ne revient qu'en 1950 pour exposer chez son ami André Roussard Senior ; celui-ci reproduit, dans le catalogue de 1955, une phrase du peintre «La peinture, soi-disant moderne, est ainsi appelée parce qu'elle ne pourra jamais devenir ancienne».
À Cannes en 1936, il se fait construire la Villa Fiesole, sur les plans de la Villa d'Este, propriété qu'il lègue à la ville, à sa mort. Membre de l'Institut, Jean-Gabriel Domergue est nommé, en 1956, conservateur du Musée Jacquemart-André à Paris. Intelligent et cultivé, un tantinet cynique, il fait de cette maison du boulevard Haussmann, quasiment abandonnée, un centre actif de la vie artistique de Paris. Collectionneur avisé et homme de goût, il réunit une belle collection de peintures que son frère René, critique d'art, lègue en 1993 au Musée des Beaux-Arts de Bordeaux1.