Mata verhuisde op driejarige leeftijd met zijn familie naar Oviedo. Daar speelde hij bij Juventud Estadio. Op vijftienjarige leeftijd kwam de aanvaller bij Real Madrid. Hij doorliep de cantera (jeugdopleiding) en vanaf het seizoen 2006/2007 speelde de aanvaller voor Real Madrid Castilla, het tweede elftal van de club. Bovendien stond Mata onder rugnummer 34 ingeschreven voor de UEFA Champions League-duels van het eerste elftal in dat seizoen. In 2007 werd hij gecontracteerd door Valencia. Eind augustus 2011 tekende Mata een vijfjarig contract bij Chelsea. Tijdens de transferperiode in januari 2014 maakte hij voor een recordbedrag van 45 miljoen euro de overstap naar Manchester United, waar hij een contract tot 2018 tekende. Hij maakte zijn debuut voor de club uit Manchester op 28 januari2014 in de met 2-0 gewonnen wedstrijd tegen Cardiff City. Hij scoorde zijn 1e doelpunt in zijn 10e wedstrijd. Hij maakte de 3-1 tegen Aston Villa, wat uiteindelijk 4-1 werd. De wedstrijd daarna scoorde hij de 0-1 en 0-2 tegen Newcastle United. Deze score werd later verdubbeld. Ook tegen Norwich City maakte hij er 2 en in de slotwedstrijd tegen Southampton bezorgde hij Manchester United nog een punt. Manchester United werd uiteindelijk 7e in de Premier League. Mata kwam in geen enkele andere competitie uit dat seizoen voor Manchester United. In de eerste wedstrijd die Mata onder nieuwe coach van Gaal speelde, scoorde hij gelijk. Tegen Sunderland was zijn goal genoeg aan een punt. In de tweede wedstrijd die hij onder van Gaal speelde, scoorde hij weer. Hij zette de 4-0 op het scorebord tegen Queens Park Rangers. Over alle competities speelde hij 35 wedstrijden waar hij 10 keer het net vond. In zijn 3e seizoen maakte hij zijn debuut in de UEFA Champions League. In de 2-1 gewonnen wedstrijd tegen Wolfsburg scoorde hij zijn 1e goal in de Champions League voor Manchester United uit een strafschop. Hij maakte ook zijn debuut in de UEFA Europa League voor Manchester United. Manchester United won de FA Cup dat jaar, mede door een goal van Mata in de finale. Mata speelde alle wedstrijden in de Premier League. Over alle competities speelde hij 54 wedstrijden waarin hij 10 keer scoorde. Manchester United eindigde 5e in de Engelse competitie. In het seizoen 2016/17 kreeg Manchester United een nieuwe coach, Jose Mourinho waarmee Mata al eerder in zijn tijd bij Chelsea mee werkte. Mata kreeg een invalbeurt in de wedstrijd tegen Leicester City die gewonnen werd waarmee Manchester United de Community Shield won. Mata scoorde het eerste doelpunt van Manchester United in de Premier League dat seizoen, hij opende de score tegen Bournemouth. Mata kreeg een basisplaats in de gewonnen finale van de EFL Cup. Manchester United won dat jaar ook de Europa League. Dat was de 2e keer dat Juan Mata deze prijs won.
Mata won in juli 2006 met het Spaans elftal het EK Onder-19 in Polen, samen met onder andere zijn clubgenoten Esteban Granero, Javi García, Antonio Adán en Alberto Bueno. Hijzelf werd tweede op de topscorerslijst achter Bueno met vier doelpunten. Op het EK bereikte Spanje de finale door in de groepsfase Turkije (5-3), Schotland (4–0) en Portugal (1-1) achter zich te houden en in de halve finale van Oostenrijk te winnen (5–0). Mata maakte in de openingswedstrijd tegen Turkije drie doelpunten. Tegen Oostenrijk scoorde hij één keer. In de finale werd met 2–1 gewonnen van Schotland door twee doelpunten van Bueno. In 2007 nam Mata deel aan het wereldkampioenschap voetbal onder 20 in Canada. Hij scoorde in de tweede groepswedstrijd tegen Zambia.
Op 28 maart 2009 debuteerde Mata in het Spaans nationaal elftal. In een WK-kwalificatiewedstrijd tegen Turkije kwam hij in de tweede helft in het veld als vervanger van David Villa. In 2010 won Mata met Spanje het WK. Op 1 juli 2012 maakte hij het vierde doelpunt in de finale tussen Spanje en Italië (4–0) op het EK 2012.